KR19980070850A - 시료 분석 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 정확, 확실하고 신속하게 이물 동정을 행하는 것을 목적으로 한다.

웨이퍼가 프리 얼라인먼트되고, 웨이퍼번호가 판독된(2)후, 레시피가 독출된다(3). 웨이퍼는 XY스테이지로 반송되고(4), 얼라인먼트된다(5). 웨이퍼맵이 독출되고, 표시된다(6). 오퍼레이터는 웨이퍼 맵상의 이물중, 분석하고 싶은 이물을 지정하고(7), 그것이 전자빔 바로 밑으로 오도록 스테이지 이동된다(8). 주사 전자빔이 지정 이물상에 조사되고, SEM상이 형성된다. SEM 상은 대응하는 참조용 SEM화상과 비교되고, 지정이물의 정밀한 위치결정이 행하여진다(9). 지정 이물상에 전자빔을 일점 조사하고, 방출된 특성 X선을 검출하고 그 스펙트럼이 표시된다(10). 그 스펙트럼은 참조용 스펙트럼과 비교되고, 동일하다고 추정되는 참조용 스펙트럼이 리스트업 된다(11).

Description

시료 분석장치

본 발명은 시료 분석장치, 특히 시료를 물리분석 또는 화학분석하기 위한 EDX(에너지분산형 X선 분석장치)부착 주사형 전자현미경(SEM)이나 레이저질량 분석 장치등과 같이 시료 분석 장치에 관한 것이다.

본 발명의 대표적인 응용 분야로서 반도체 제조를 들 수 있다. 반도체 제조에 있어서는 웨이퍼상의 부착이물이 수율을 좌우하는 최대 요인의 하나이다. 부착 이물 저감 대책을 세워 실시하기 위해서는 이물의 발생원을 규명하는 것이 필수가 된다. 이물 발생원을 찾아내기 위해서는 이물 조성정보를 획득하는 것이 유효한 무기가 된다. 이물의 조성 분석에는 EDX부착 SEM이 널리 이용되고 있다. EDX 부착 SEM을 이용하여 웨이퍼상 이물의 조성분석을 행할 때는 예를 들어 다음과 같은 순서로 이것을 행한다.

웨이퍼 카세트로부터 인출된 피측정 웨이퍼의 일매는 웨이퍼의 오리엔테이션플랫이나 노치를 기준으로 하여 프리 얼라인먼트 된다. 프리 얼라인먼트는 웨이퍼의 결정방향을 XY스테이지의 이동 방향에 맞추는 조작이다. 프리 얼라인먼트후, 웨이퍼는 진공으로 유지된 시료실내의 XY스테이지상으로 반송되어 탑재된다. XY스테이지상에 장전된 웨이퍼는 시료실의 상면에 장착된 광학현미경을 이용하여 얼라인먼트 된다. 얼라인먼트는 웨이퍼상에 형성된 패턴의 좌표계와 스테이지좌표계의 보정을 행하는 조작이다. 구체적으로는 웨이퍼상에 형성된 얼라인먼트 패턴의 수백배 정도로 확대된 광학 현미경상을 미리 등록되어 있는 얼라인먼트 패턴의 참조용 화상과 비교하여 참조용 화상과 정확히 겹치도록 스테이지 위치좌표를 보정한다. 얼라인먼트후, 분석을 원하는 이물위치에 웨이퍼를 스테이지이동한다. 이물 위치로 이동한 후, 전자빔을 조사하고, X선 스펙트럼을 형성하여 표시한다. X선 스펙트럼을 관측하면서 관측자가 자신이 가지고 있는 지식, 정보와 조회하여 이물의 조성 판정, 동정을 행한다.

그러나 그와 같은 방법에서는 오퍼레이터인 관측자가 전문가가 아닌 경우, 조성 판정 기준이 애매하기 때문에 이물 동정 결과에 신뢰성이 없고, 분석시간도 걸린다.

본 발명의 목적은 오퍼레이터의 지식이나 기량에 관계없이 정확, 확실 또한 신속하게 이물 동정을 행하는 데 적합한 시료 분석 장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의거하는 시료 분석장치로서의 EDX부착 SEM의 일실시예의 기본 구성도,

도 2는 본 발명에 있어서의 분석 순서의 플로우챠트의 일예를 나타내는 도,

도 3은 본 발명에 있어서의 스펙트럼의 선택에 관한 설명도이다.

본 발명의 시료 분석 장치는 시료를 분석하여 그 스펙트럼을 생성하는 시료 분석장치로서 참조용 스펙트럼을 라이브러리로서 미리 등록하여 두고, 그 등록된 참조 스펙트럼을 독출하여 상기 생성된 스펙트럼과 비교하고 그 결과 그 생성된 스펙트럼과 동일하다고 추정되는 참조 스펙트럼을 선택하도록 구성한 것을 특징으로 한다.

(실시예)

도 1은 본 발명에 의거하는 시료 분석 장치로서 EDX부착 SEM의 일실시예의 기본 구성을 나타낸다. 전자총(1)에서 방출된 전자빔(2)은 수속렌즈(3)및 대물렌즈(4)에 의하여 가늘게 조절되고, 시료인 웨이퍼(5)의 면상에 초점을 맺는다. 동시에 전자빔(2)은 편향기(6)에 의하여 궤도를 구부리고, 상기 웨이퍼면상을 이차원 또는 일차원 주사한다.

한편, 전자빔(2)으로 조사된 웨이퍼부분에서는 이차전자(7)나 특성 X선(14)이 방출된다. 이차전자(7)는 이차전자 검출기(8)에 의하여 검출되고, 전기 신호로 변환된 후, 증폭 등의 처리를 받는다. 처리후의 전기 신호는 디스플레이(9)를 휘도 변조 또는 진폭 변조하기 위하여 사용된다. 디스플레이(9)는 전자빔(2)의 웨이퍼면상 주사와 동기하여 주사되고 있고, 이차원 주사하여 휘도 변조하면, 실료상(SEM상)이 일차원 주사하고, 진폭 변조하면, 라인프로파일이 각각 디스플레이상에 형성된다.

특성 X선(14)은 반도체 X선 검출기(15)에 의하여 검출후, 에너지 분석되고, 디스플레이(9)상에는 특성 X선 스펙트럼이 형성된다. 이 수법을 에너지 분산형 X선 분석(EDX)이라 한다.

본 발명에 의한 분석 순서의 플로우챠트의 일예를 도 2에 나타낸다. 웨이퍼 카세트(10)로부터 피측정 웨이퍼의 1매(5)가 인출된다(1). 웨이퍼(5)는 프리 얼라인먼트됨과 동시에 웨이퍼상에 형성된 웨이퍼번호가 도시생략한 웨이퍼번호 판독기에 의하여 판독된다(2). 웨이퍼번호는 각 웨이퍼에 고유의 것이다. 판독된 웨이퍼 번호를 키로 하여 미리 등록되어 있는 이 웨이퍼에 대응하는 레시피가 독출된다(3). 레시피는 이 웨이퍼의 분석 순서나 분석 조건을 결정한 것이다. 이후의 조작은 이 레시피에 따라 자동적 또는 반자동적으로 행하여진다. 이하는 반자동조작의 경우에 관하여 설명한다.

레시피가 판독된 후, 웨이퍼(5)는 진공으로 유지된 시료실(11)내의 XY-스테이지(12)상으로 반송되어 탑재된다(4). XY스테이지(12)상에 충전된 웨이퍼(5)는 시료실(11)의 상면에 장착된 광학 현미경(13)을 이용하여 얼라인먼트 된다(5). 얼라인먼트는 웨이퍼(5)상에 형성된 얼라인먼트 패턴의 수백배 정도로 확대된 광학현미경상을 레시피에 부속하여 미리 등록되어 있는 얼라인먼트 패턴의 참조용 화상과 비교하고 참조용 화상과 정확히 겹치도록 스테이지 위치 좌표를 보정함으로써 행하여진다.

얼라인먼트후, 이 웨이퍼에 대응한 미리 등록되어 있는 웨이퍼 맵이 독출되고, 디스플레이상에 표시된다(6). 웨이퍼 맵에는 이 웨이퍼상에 존재하는 이물의 위치나 크기가 나타나 있다. 웨이퍼 맵 표시후, 오퍼레이터는 웨이퍼 맵상에 나타낸 이물중에서 분석하고 싶은 이물을 지정한다(7). 분석 이물이 지정되면, 피측정 웨이퍼(5)는 지정의 이물이 전자빔 바로 아래에 오도록 스테이지 이동된다(8). 그후 주사 전자빔이 지정 이물상에 조사되고, SEM상이 형성된다. SEM 상은 얼라인먼트조작과 마찬가지로 미리 등록되어 있던 지정 분석점에 대응하는 참조용 SEM화상과 비교되고, 참조용 SEM화상과 정확하게 서로 겹치도록 지정 이물의 정밀한 위치 결정이 행하여진다(9). 위치 결정은 예를 들어 전자 빔의 주사 영역을 미조정함으로써 행하여진다.

웨이퍼가 위치 결정되면, 지정 이물이 거의 화면 중앙에 위치된다. 이 상태에서 지정 이물상에 전자 빔을 일점 조사하여 방출된 특성 X선을 검출한다. 검출 X선의 스펙트럼은 디스플레이상에 표시된다(10). 한편 검출 X선의 스펙트럼은 그 피크위치, 피크높이 순이 미리 라이브러리로서 등록되어 있는 참조용 스펙트럼과는 비교되고, 동일하게 추정되는 참조용 스펙트럼이 리스트업 된다(11).

비교, 리스트업에는 예를 들어 도 1의 A 부에 나타내는 바와 같은 하드구성을 이용한다. 프로세서(21)를 이용하여 검출 X선 스펙트럼과 참조용 스펙트럼의 맞댐(겹쳐 맞춤)이 행하여진다(12). 검출 X선 스펙트럼과 메모리(22)로부터 독출된 참조용 스펙트럼은 도 3에 나타내는 바와 같이 스펙트럼 높이를 변화시키면서 그 스펙트럼위치를 비교 맞대게 한다.

리스트업된 참조용 스펙트럼은 그 부대 정보와 함께 디스플레이상에 동시 표시된다. 부대 정보는 그 스펙트럼에 해당하는 물질명이나 상기 물질이 사용되고 있는 공정명·위치명과 같은 시료 조건등이다. 부대 정보는 참조용 스펙트럼 및 피크위치, 높이순의 테이블과 함께 메모리(22)내에 저장되어 있다.

동일하다고 추정되는 스펙트럼은 복수의 경우가 있다. 관측 웨이퍼의 현재의 공정명이나 처리 장치의 내역등, 관측 웨이퍼의 부대 정보를 입력함으로써 동일하다고 추정되는 스펙트럼의 수를 다시 드로틀링할 수 있다. 그리고 동일로 추정되는 스펙트럼이 복수의 경우, 관측 스펙트럼과 동일하다고 추정되는 참조용 스펙트럼과 맞댐을 행한다. 맞댐 표시를 하면, 조작자에 의한 드로틀링이 용이하게 된다. 맞댐 표시시에는 두 개의 스펙트럼간의 비교, 차이판별을 용이하게 하기 위하여 예를 들어 양자의 차이부분을 적색으로 하도록 색별 표시한다.

또 동일 스펙트럼의 드로틀링을 보다 용이하게 하기 위하여 레시피에 부속한 정보로서 상기 이물에 대응하는 광학 현미상이나 집속 이온빔상, 각종 분석 데이터 등을 파일하여 둔다. 분석시 이것 등의 화상이나 분석 데이터를 참고용으로서 독출하고, 맞추어 표시하는 것도 가능하다.

지정 이물의 분석이 끝난 후, 웨이퍼 맵이 다시 디스플레이상에 표시된다. 오퍼레이터는 웨이퍼 맵의 지정 이물상에 분석 종료 및 분석 결과 및 선택결과를 입력하여 표시하고, 분석 결과의 상세를 분석 데이터베이스에 파일, 즉 저장한다.

이와 같이 하여 한 개소의 분석이 종료한다. 또한 분석을 하고 싶은 이물이 남아 있으면, 웨이퍼 맵상에서 새로운 이물을 지정하고, 도 2중, 지정 이물 위치이동후의 조작을 반복하여 행한다.

이와 같이 하여 1매의 웨이퍼의 분석 작업이 종료한다. 웨이퍼 카세트중에 복수의 피분석 웨이퍼가 남아 있는 경우에는 다음 웨이퍼를 웨이퍼카세트로부터 인출하고 도 2의 분석 순서에 따라 반복하여 분석을 행한다.

여기서는 오퍼레이터가 웨이퍼 맵에 표시된 이물 즉 분석점을 지정하면서 작업을 진행하는 방법을 나타내었으나, 미리 지정된 분석점에 기계적으로 이동하고, 순차 분석하여 가는 자동 분석의 방법을 채용하여도 된다.

여기서는 동일하다고 추정되는 참조용 스펙트럼을 선택한 후, 관측 스펙트럼과 동시 표시시키고, 이물 동정의 확인 작업을 행하고 있으나, 동시 표시에 의한 확인을 생략, 이후의 작업을 자동적으로 진행하도록 하여도 된다.

참조용 스펙트럼은 분석 작업중에도 추가 등록하거나 재등록하는 것이 가능하다.

여기서는 참조용 스펙트럼로서 작업전에 미리 등록되어 있던 스펙트럼을 이용하였으나, 예를 들어 관측 스펙트럼이 어떤 참조용 스펙트럼과도 합치하지 않고, 새로운 물질이라고 생각되는 경우나, 관측 스펙트럼이 종래의 참조용 스펙트럼에 비하여 참조 스펙트럼로서 보다 적합한 경우에는 그 관측 스펙트럼을 참조용 스펙트럼에 추가 또는 재등록한다. 신규로 등록한 스펙트럼은 가령 물질명을 알 수 없다고 하여도 이후의 분석 결과를 분류하기 위하여 사용할 수 있다.

여기서는 한 개의 이물에 한 개의 스펙트럼을 채취하는 경우에 관하여 나타내었으나, 한 개의 이물에서 복수의 스펙트럼을 수집하도록 하여도 된다. 다른 전자 빔 조사 조건이나 다른 측정 개소의 데이터가 필요한 경우 등에 대응한다.

전자빔이나 이온빔 등의 하전립자선을 이용한 경우에 차지업이 포화하기 까지에 시간이 걸리는 시료에 대해서는 하전립자선을 소정의 시간 조사한 후, 관찰 화상을 도입하게 하면 좋다.

관측 스펙트럼과 참조용 스펙트럼의 동시 표시에 대하여 1디스플레이상을 분할하여 표시하도록 하여도 좋으나, 각각 다른 디스플레이상에 표시하여도 상관없다.

여기서는 저배율 광현상으로 얼라인먼트한 후, 고배율 SEM상으로 위치결정하는 방법을 나타내었으나, 대신 지정 이물을 고배율 SEM상으로 직접 찾으러 가고, 지정 이물을 발견하지 못했을 때에는 주변을 서치하여 이물 탐색 기능을 가지게 하여도 좋다.

여기서는 XY스테이지를 이용하였으나, XY스테이지 대신 XYT(T는 경사를 나타냄)스테이지를 이용하면, 패턴 측벽에 부착된 이물 등의 분석이 용이하게 된다.

여기서는 관찰 대상을 패턴부착 웨이퍼로서 나타내었으나, 베어 웨이퍼상에 부착한 이물을 분석하는 것도 가능하다. 이 경우, 분석 이물의 위치 결정에는 상기한 주변 서치법을 이용한다. 또 분석 대상은 이물에 한정하지 않고, 패턴 결함 등의 불량이어도 상관없다.

또 분석 대상은 반도체 웨이퍼에 한정하지 않는다. 특히 시료에 대한 제약은 없고, 촬영 디바이스나 표시 디바이스용 웨이퍼이어도 상관없고, 웨이퍼 이외의 시료형상이어도 상관없다.

여기서는 전자빔에 의한 스펙트럼형성을 이용하였으나, 대신 이온빔이나 광빔에 의한 물리분석 수단을 이용하여도 좋고, 원자 흡광법이나 질량분석법 등의 화학 분석 수단을 이용하여도 된다.

여기서는 얼라인먼트에 주사 화상을 이용하였으나, 대신 결상 광학계에 의해서 형성된 화상을 이용하는 것도 가능하다.

이상의 설명에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 의하면, 오퍼레이터의 지식, 기량에 상관없이 정확, 확실 또한 신속하게 이물 동정을 행할 수 있다.

또 시료 조건 등의 부대 정보를 이용함으로써 분석 물질의 동정뿐만 아니라 발생장소, 시기 등의 규명도 용이하고 신속하게 행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 오퍼레이터의 지식이나 기량에 상관없이 정확, 확실하고 신속하게 이물 동정을 행하는 데 적합한 시료 분석 장치가 제공된다.

Claims (9)

1. 시료를 분석하여 그 스펙트럼을 생성하는 시료 분석 장치로서 참조용 스펙트럼을 라이브러리로서 미리 등록하여 두고, 그 등록된 참조 스펙트럼을 독출하여 상기 생성된 스펙트럼과 비교하고, 그 결과, 그 생성된 스펙트럼과 동일하게 추정되는 참조 스펙트럼을 선택하도록 구성한 것을 특징으로 하는 시료 분석 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 생성된 스펙트럼 및 상기 선택된 스펙트럼을 동시에 표시하도록 구성한 것을 특징으로 하는 시료 분석 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 생성된 스펙트럼 및 상기 선택된 스펙트럼을 동시에 겹쳐 맞추어 표시하도록 구성한 것을 특징으로 하는 시료 분석 장치.
4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서,

   상기 생성된 스펙트럼의 피크 위치 및 피크 높이순을 상기 참조 스펙트럼의 그것들과 비교하고 그 결과, 한쪽 스펙트럼의 피크위치가 또 한쪽 스펙트럼의 피크위치를 모두 포함하고, 또한 양 스펙트럼의 피크 높이순이 일치하는 경우, 그 일치한 참조 스펙트럼을 동일 스펙트럼으로서 선정하도록 구성한 것을 특징으로 하는 시료 분석장치.
5. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한항에 있어서,

   상기 참조 스펙트럼중에서 생성된 스펙트럼과 동일 스펙트럼을 선정하는 경우, 그 선정 팩터로서 스펙트럼에 더하여 시료조건을 포함하는 부대정보를 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 시료 분석 장치.
6. 시료를 분석하여 그 스펙트럼을 생성하는 시료 분석장치로서 다음의 (1) 내지 (18)의 기능중 (13) 내지 (15)의 기능과 그것이외의 적어도 한 개의 기능을 가지는 시료 분석장치.

   (1) 상기 시료를 프리 얼라인먼트하는 기능,

   (2) 그 시료의 분석 수행을 위한 레시피를 미리 등록하는 기능,

   (3) 시료상에 형성된 시료 번호를 판독하기 위한 기능,

   (4) 그 판독한 시료 번호로부터 상기 레시피를 독출하는 기능,

   (5) 그 독출한 레시피에 의거하는 분석을 수행하는 기능,

   (6) 얼라인먼트용 참조 화상을 미리 등록하는 기능,

   (7) 그 얼라인먼트용 참조 화상을 형성하고, 그 참조 화상과 상기 시료의 얼라인먼트 패턴의 화상을 조합함으로써 상기 시료의 얼라인먼트를 행하는 기능,

   (8) 상기 시료의 분석점도를 미리 등록하는 기능,

   (9) 그 등록된 분석점도를 독출하여 표시하는 기능,

   (10) 그 분석점도상에서의 지정 또는 상기 레시피의 지시에 의거하여 상기 시료를 이동하여 그 지정 또는 지정된 분석점을 원하는 위치로 위치결정하는 기능,

   (11) 그 지정 또는 지시된 분석점의 참조용 화상을 미리 등록하는 기능,

   (12) 그 지정 또는 지시된 분석점의 위치결정용 화상을 형성하고, 그 지정 또는 지시된 분석점의 위치결정용 화상과 그 분석점의 위치결정용 참조화상을 조합함으로써 상기 분석점의 위치결정을 행하는 기능,

   (13) 그 위치결정된 분석점을 분석하고, 그 스펙트럼을 생성하는 기능,

   (14) 참조용 스펙트럼을 라이브러리로서 미리 등록하기 위한 기능,

   (15) 상기 생성된 스펙트럼과 동일하게 추정되는 참조용 스펙트럼을 선정하기 위한 기능,

   (16) 그 동일하게 추정되는 참조용 스펙트럼과 상기 생성된 스펙트럼을 동시 표시하는 기능,

   (17) 상기 동일하게 추정되는 참조 스펙트럼과 상기 생성된 스펙트럼을 겹쳐 맞추어 동시에 표시하는 기능,

   (18) 상기 분석점의 분석 결과 및 상기 선정 결과를 상기 분석점도에 표시 및/또는 파일하는 기능.
7. 제 1항 내지 6항중 어느 한항에 있어서,

   분석 작업중에 참조용 스펙트럼의 등록을 할 수 있게 구성한 것을 특징으로 하는 시료 분석 장치.
8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,

   상기 참조 스펙트럼중에서 생성된 스펙트럼과 동일 스펙트럼을 선정하는 경우, 그 선정한 팩터로서 스펙트럼에 더하여 시료 조건을 포함하는 부대 정보를 이용하도록 한 것을 특징으로 하는 시료 분석장치.
9. 제 1항 내지 제 8항중 어느 한항에 있어서,

   미리 지정된 시간 프로브를 상기 시료에 조사한 후 화상을 형성하는 것을 특징으로 하는 시료 분석장치.