TWI390648B - 樣本檢查裝置 - Google Patents

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Description

樣本檢查裝置
本發明係關於樣本檢查裝置，更詳言之，係關於使用電子線裝置進行半導體晶圓等之樣本表面的構造、電性的導通等的檢查等之樣本檢查裝置。
以往，有種電子線裝置為人所知，此種電子線裝置係在作為檢查對象的樣本之半導體晶圓的表面，照射電子束進行掃描，並檢測從該晶圓放出的二次電子，從得到的檢測信號生成晶圓表面的圖像資料，以藉由檢測晶圓上各晶粒(die)的圖像資料之一致/不一致，來檢出晶圓上的缺陷。
已知用來作為上述的電子線裝置者，有使用映射投影型的電子光學系之裝置。此映射投影型的電子線裝置，係藉由對物透鏡等之多段透鏡系統，來將由於電子線的照射而從晶圓表面放出之二次電子或反射電子予以放大成像者，且由於可在樣本表面上較大的面積均勻地照射電子束，因此能以比SEM方式高的單位時間處理量(throughput)進行檢查。
過去，在電子線裝置中採用以下所述的對焦手法。
在將晶圓載置於電子線裝置的平台(stage)上時製作自動對焦圖(AF－MAP)，然後在樣本的檢查時，根據平台座標及AF－MAP資料來調整要施加於對焦用的靜電透鏡的電極之電壓值，以期即使晶圓表面在光軸方向的位置不同，也都能以對到焦的狀態取得圖像資料。
AF－MAP之製作，係將樣本檢查用的電子線裝置本身用作為焦距檢測裝置，而以如下所述的方式進行。
首先，設定晶圓上的計測點，使載置有晶圓的平台移動，再以使一個計測點位於焦距檢測裝置下方的方式進行定位。較佳為檢測晶圓上規則的計測點(例如各晶粒的左下點)的焦距值，惟藉由適當的內插處理而每次針對n個晶粒檢測其焦距值亦可。再者，亦可檢測各晶粒的複數個計測點的焦距值，而且，可隨機選擇計測點。然後，進行焦距值的檢測，求出最佳焦距值並記憶起來。
再度使平台移動，使下一個計測點到達焦距檢測裝置的下方而定位，求出最佳焦距值並記憶起來。以此方式，求出所有計測點的最佳焦距值並記憶起來，而製作出AF－MAP。
然而，上述的AF－MAP製作方法，需要比較長的時間。而且，會有焦點檢測失敗的情況，此時，便需要再度進行檢測，或重做內插處理，而更花時間。
此外，由於使用電子線來製作AF－MAP，因此會發生讓晶圓帶電(chargeup)的情形，此帶電情形會在實際進行樣本檢查時造成不良的影響。
因此，以往之使用實際進行檢查的電子線裝置來製作AF－MAP，並根據AF－MAP的值而進行靜電透鏡的自動對焦控制之方法，有很花時間且會發生讓晶圓帶電之問題。
本發明之目的在解決上述習知例的問題點。
為了達成上述的目的，本發明之第一樣態，係在樣本檢查裝置中具備有：照射電子線而進行樣本的檢查之電子線裝置；具備光學顯微鏡，且檢測與樣本表面在光學軸方向的位置對應之光學顯微鏡的第一焦距值之光學焦距值檢測單元；以及將檢測出之第一焦距值變換為樣本檢查時電子線裝置用的第二焦距值之變換單元。
此本發明第一樣態之樣本檢查裝置中，較佳的是，光學焦距值檢測單元具備有：使光學顯微鏡於樣本表面自動聚焦，且以聚焦狀態之光學顯微鏡的對焦透鏡在光軸方向的位置作為第一焦距值而予以輸出之自動對焦控制單元；變換單元具備有：從自動對焦控制單元接收第一焦距值，並將該第一焦距值變換為作為第二焦距值之對電子線裝置的對焦透鏡所施加之施加電壓的單元。此外，最好再具備有：將變換單元所得到的第二焦距值與檢測出第一焦距值之樣本上的點的座標附加關連後加以記憶之記憶單元。
為了達成上述的目的，本發明之第二樣態，係在樣本檢查裝置中具備有：照射電子線而進行樣本的檢查之電子線裝置；輸出與樣本表面在光軸方向的位置對應之靜電容量之靜電容量感測器；以及將檢測出的靜電容量變換為電子線裝置在樣本檢查時用的焦距值之變換單元。
此本發明第二樣態之樣本檢查裝置中，較佳的是，電子線裝置在樣本檢查時用的焦距值，係為對電子線裝置的對焦透鏡之施加電壓。此外，最好再具備有：使變換單元所得到的焦距值與檢測出靜電容量之樣本上的點的座標附加關連後加以記憶之記憶單元。
為了達成上述的目的，本發明之第三樣態，係在樣本檢查裝置中具備有：照射電子線而進行樣本的檢查之電子線裝置；檢測樣本表面的表面電位之表面電位感測器；以及將檢測出的表面電位變換為電子線裝置在樣本的檢查時用的焦距值之變換單元。
此本發明第三樣態之樣本檢查裝置中，較佳的是，電子線裝置在樣本檢查時用的焦距值，係為對電子線裝置的對焦透鏡之施加電壓。此外，最好再具備有：使變換單元所得到的焦距值與檢測出表面電位之樣本上的點的座標相關連後加以記憶之記憶單元。
本發明係如上述般構成，不使用電子線而製作AF－MAP，因此能以較短的時間作成AF－MAP，而且具有不會發生讓樣本帶電的問題之作用效果。
第1圖係本發明之樣本檢查裝置的一個實施例之斜視圖，第2圖係顯示用於該樣本檢查裝置的對焦圖製作裝置之方塊圖。第1圖及第2圖中，100為進行半導體晶圓等之樣本W的缺陷等的檢查之電子線裝置，1為控制對焦圖製作裝置全體的動作且具有螢幕畫面之PC裝置，2為自動對焦(AutoFocus；AF)控制裝置，3為光學顯微鏡。PC裝置1於樣本W檢查時接收從電子線裝置100供給來的圖像資訊。
光學顯微鏡3係如第2圖所示，具備有：對物透鏡31、對焦透鏡32、放大透鏡33、分光稜鏡34及35、低倍率用及高倍率用的檢測用CCD 36及37、以及致動器38。
自動對焦控制裝置2具備有馬達驅動器21及運算裝置22，且具有根據來自CCD 36或37的對比信號(contrast signal)而輸出馬達驅動信號，以此信號來控制致動器38的馬達(未圖示)而使對焦透鏡32在光軸方向移動，藉以自動聚焦之機能。自動對焦控制裝置2可採用市販品。
在此，說明使用第2圖所示的對焦圖製作裝置來製作自動對焦圖(AF－MAP)之流程。在包含對準(alignment)動作之晶圓搬送之後，會製作設定有與檢查有關的條件等之檢查單(recipe)(操作設定)，此種檢查單之一為AF－MAP檢查單，依照在此作成之AF－MAP的資訊，在檢查動作及再檢查(review)動作時進行自動對焦。
首先，操作員使如第3圖所示之輸入畫面顯示在PC裝置1的螢幕上，在該畫面上進行以下之操作。
a)藉由操作選擇按鈕B1，而輸入想求出焦距值(最佳焦距值)之晶粒。
b)設定自動測量焦距值時所用的晶粒圖案(die pattern)。設定的晶粒圖案最好為黑白對比大的圖案。不過，並不一定要黑白圖案周期出現的圖案。
c)操作員操作自動對焦按鈕B2。
藉此，選擇自動求最佳焦距值之模式(mode)，第1圖及第2圖所示的對焦圖製作裝置隨之開始動作。然後，檢測在上述步驟a)設定的晶粒之在上述步驟b)設定的晶粒圖案位置之最佳焦距值，獲得每一計測點的最佳焦距值。
在步驟a)中，操作員可指定任意的晶粒，亦可進行設定而選擇全部的晶粒或每次選擇n個晶粒。此外，操作員可選擇輸入畫面為以模式圖方式表現晶圓內的晶粒排列之圖，或是使用實際影像之圖像。另外，藉由操作手動對焦按鈕B3，可使用與對焦用電極的電壓值連動之手動對焦開關B4來手動地設定最佳焦距值。此時，係跳過步驟b)。
上述步驟c)係在自動對焦控制裝置2的運算裝置22進行，以下參照第4圖說明在該運算裝置22中自動地求出各計測點的最佳焦距值之步驟。
1)求得焦距值Z＝1,2,3,4之圖像並計算其對比。其中，焦距值表示對焦透鏡32在光軸(Z軸)上的位置。
2)以回歸分析方法從算出的對比值求出對比函數。
3)計算求出對比函數為最大值時之Z值，以之作為最佳焦距值。
最佳焦距值係表示該時點之致動器38的控制位置，亦即對焦透鏡32在光軸(Z軸)上的位置，在第4圖的例子中，最佳焦距值為2,3。
此外，在自動測量焦距值時所需的晶粒圖案方面，選擇如第5圖所示的線與間隔(line & space)時可得到良好的結果，不過對比只要有黑白圖案，不論形狀為何皆可計測。
在自動對焦控制裝置2中求得的最佳焦距值傳送至PC裝置1，PC裝置1將之與計測點的位置座標組合後記憶起來。以此方式，針對所有的計測點進行最佳焦距值的測量與記憶。
如上所述，最佳焦距值係在各計測點時對焦透鏡32在光軸(Z軸)上的位置，因此，最佳焦距值係與樣本W的表面在Z軸方向的位置對應之值。
接著，PC裝置1將收到之對於各計測點之焦距值，變換為應施加於電子線裝置的對焦透鏡(靜電透鏡)之電壓(最佳焦距電壓值)。此變換處理係以如下所述的方式進行。．在EB值(ZEB)＝光學顯微鏡的計測值(ZM)×(係數a)之情況就某一個計測點而言，使利用第1圖所示的光學顯微鏡計測得到的最佳焦距值以及利用電子顯微鏡計測得到之對於對焦透鏡的施加電壓(最佳焦距電壓值)分別為ZM1 及ZEB1 時，將其他計測點n之光學顯微鏡的計測值ZMn 變換為電子顯微鏡的ZEBn 之式子，係如下所示。
ZEBn ＝ZMn ×a (1)其中，a＝(ZEB1 /ZM1 )因此，求出係數a，將此係數a與利用光學顯微鏡得到的最佳焦距值(Z軸上的值)ZMn 代入式(1)，即可得到ZEBn 。
另外，若為了求得上述式(1)的係數a而進行計測的位置不只一個，而取複數個，以求其平均，並將得到的平均值代入上述式中之ZEB1 及ZM1 ，則可得到更正確的係數a。．在EB值(ZEB)＝(係數a)×光學顯微鏡的計測值(ZM)＋(係數b)之情況就某第一計測點而言，使利用第1圖所示的光學顯微鏡計測得到的最佳焦距值以及利用電子顯微鏡計測得到之對於對焦透鏡的施加電壓分別為ZM1 及ZEB1 ，以及使在某第二計測點的值分別為ZM2 及ZEB2 時，將其他計測點n之光學顯微鏡的計測值ZMn 變換為電子顯微鏡的ZEBn 之式子，係如下所示。
ZEBn ＝a×ZMn ＋b (2)其中，a＝(ZEB1 －ZEB2 )/(ZM1 －ZM2 )b＝ZEB1 －(ZM1 ×a)因此，從在第一及第二計測點得到的計測值求出係數a及b，將此係數a及b與在其他計測點n得到之ZMn 代入式(2)，即可得到各計測點之ZEBn 。
另外，在以ZM的多項式來表示ZEB以期能更高精度地近似於ZEB之情況，只要更增加計測位置再解多次多項式來算出係數即可。
PC裝置1以如上所述的方式，從利用光學顯微鏡3而計測得到的最佳焦距值(ZM值)算出ZEB值，並將得到的ZEB值與各計測點的位置座標互相附加關連而予以記憶起來。以此方式，作成電子線裝置用的AF－MAP。
若有需要，可用內插法算出計測點與計測點間的點的最佳焦距值，再使該值與內插點的XY座標相關連而予以記憶起來。
以下，參照第6圖，就製作AF－MAP時PC裝置1的控制程序進行說明。在此例中，要計測焦距值的計測點的數目為N，且各個計測點的座標(xi,yi)(i＝1,2,...,N)係根據前面利用第3圖說明過之操作者所做的晶粒圖案的設定之設定位置而取得並記憶起來者。另外，變換式(1)(或(2))的係數為預先求出者。
處理開始後，PC裝置1，係在步驟S1設定i＝1，然後在步驟S2將指示移動到座標(x1 ,y1 )之移動命令發送給XY平台(未圖示)。從XY平台接收到移動完了的回應信號時，就在步驟S3將AF執行命令發送至AF控制裝置2，使AF控制裝置2執行光學顯微鏡3之自動對焦。然後，在AF控制裝置2傳來回應信號時，在步驟S4判定傳來的回應信號是表示正常取得焦距值之正常終了，或是異常終了。在正常終了的情況，AF控制裝置2得到的焦距值係包含在回應信號中。
回應信號表示正常終了的情況，從步驟S4前進到步驟S5，使用上述的式(1)(或(2))將包含在回應信號中的焦距值變換為應施加於電子線裝置100的對焦透鏡之電壓值，並將該電壓值當作AF值記憶於適當的記憶裝置(未圖示)。此時，係使AF值與計測點的座標(x1 ,y1 )互相關連而予以記憶起來。回應信號表示異常終了的情況，則在步驟S6進行錯誤處理，並使結果與計測點的座標互相關連而予以記憶於記憶裝置。上述的錯誤處理係為例如：在相同的位置再度進行自動對焦直到正常終了之重複處理、以及將鄰接的計測點的焦距值代用作為異常終了時的焦距值之處理等。在重複對焦直到正常終了之情況，所得到的焦距值會在步驟S5接受變換處理。
記憶到記憶裝置的動作結束時，PC裝置1判定計測過AF值的計測點(x1 ,y1 )是否為最後的計測點，然後在步驟S8執行i＝i＋1後回到步驟S2。以此方式，求出計測點(x2 ,y2 ),(x3 ,y3 ),...(xN ,yN )的AF值，並使該AF值與各自的計測座標互相關連而記憶起來。然後，在步驟S7判定為最後的計測點(i＝N)時，結束處理。
藉由如上所述之控制，將所有計測點的AF值記憶起來而作成AF－MAP。進行樣本之缺陷等的檢查時，係參照作成的AF－MAP，將與晶圓W上的檢查點的座標對應之AF值讀出，以將與此值對應的電壓施加於電子線裝置100的對焦透鏡。
第7圖顯示可用於本發明另一實施例之樣本檢查裝置中的靜電容量感測器4。靜電容量感測器4係檢測形成於探針(probe)與被檢測物之間的靜電容量者，該靜電容量會隨著前述兩者間的距離變化而變化。
將此種靜電容量感測器4予以固定，將載置有晶圓W之平台予以移動，使晶圓上的計測位置位於靜電容量感測器的探針的正下方，從而可檢測出計測位置在Z軸方向的座標與靜電容量感測器的探針之間的靜電容量值，而可從該靜電容量值算出前述兩者之間的距離。靜電容量與距離之間呈線性關係，因此，利用此線性關係將靜電容量變換為距離，即可檢測出晶圓W表面在Z軸方向的位置。
然後，利用與上述的式(1)或式(2)一樣的式子，將上述檢測出之Z軸方向的值變換為應施加於電子線裝置的對焦用靜電透鏡之電壓值，並將得到的電壓值與計測位置的座標相組合而記憶起來，即可作成AF－MAP。
應施加於電子線裝置的對焦透鏡之電壓會隨晶圓W表面的帶電狀態而不同。因此，取代靜電容量感測器而採用適當的表面電位感測器，來計測晶圓W的表面電位而獲得帶電資訊，可根據該帶電資訊而得到應施加於對焦透鏡之電壓，亦即AF值。
本發明的較佳實施例已詳細說明如上，惟除了上述實施例以外很顯然地仍可在不脫離本發明範圍的情況下做種種的變形及變更。
1．．．PC裝置
2．．．自動對焦(AF)控制裝置
21．．．馬達驅動器
22．．．運算裝置
3．．．光學顯微鏡
31．．．對物透鏡
32．．．對焦透鏡
33．．．放大透鏡
34,35．．．分光稜鏡
36,37．．．檢測用CCD
38．．．致動器
4．．．靜電容量感測器
100．．．電子線裝置
W．．．晶圓
B1．．．選擇按鈕
B2．．．自動對焦按鈕
B3．．．手動對焦按鈕
B4．．．手動對焦開關
第1圖係本發明第一實施例之樣本檢查裝置的斜視圖。
第2圖係顯示第1圖所示的樣本檢查裝置中使用光學顯微鏡而製作對焦圖的構成之方塊圖。
第3圖係顯示第1圖所示的PC裝置的螢幕的畫面之圖，其中顯示製作自動對焦圖之際供操作員進行輸入的畫面。
第4圖係用以說明本發明所採取之使用光學顯微鏡得到最佳焦距值的手法之圖。
第5圖係顯示在獲得最佳焦距值上合適的線與間隔圖案及其圖像資料(強度)之圖。
第6圖係顯示本發明之樣本檢查裝置中製作自動對焦圖的控制程序之流程圖。
第7圖係顯示適用於本發明第二實施例之對焦圖製作裝置中的靜電容量感測器之外觀圖。
1．．．PC裝置
2．．．自動對焦(AF)控制裝置
21．．．馬達驅動器
22．．．運算裝置
3．．．光學顯微鏡
31．．．對物透鏡
32．．．對焦透鏡
33．．．放大透鏡
34,35．．．分光稜鏡
36,37．．．檢測用CCD
38．．．致動器
W．．．晶圓

Claims (3)

  1. 一種樣本檢查裝置，包括：電子線裝置，係照射電子線而進行樣本的檢查；光學對焦單元，係具備光學顯微鏡，且係用以檢測與樣本表面在光學軸方向的位置對應之光學顯微鏡的焦距值之光學焦距值檢測單元者，且該光學對焦單元具備使光學顯微鏡於樣本表面自動聚焦，並以聚焦狀態之光學顯微鏡的對焦透鏡在光軸方向的位置作為焦距值而予以輸出的自動對焦控制單元；變換單元，係由自動對焦控制單元接受關於樣本上的一個點的焦距值，並將該焦距值變換成對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓者，且建構成依據以下方式進行演算：當將關於樣本上的一個點的焦距值設為ZMn ，將關於該點之對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓設為ZEBn ，將關於另一點預先獲得的焦距值設為ZM1 、以及將關於該另一點預先獲得之對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓設為ZEB1 時，ZEBn =a×ZMn 其中，a=ZEB1 /ZM1 ；以及記憶單元，係使依據變換單元所獲得的施加電壓與檢測出對應於該施加電壓之焦距值之樣本上的點的座標互相關連後加以記憶。
  2. 一種樣本檢查裝置，包括： 電子線裝置，係照射電子線而進行樣本的檢查；光學對焦單元，係具備光學顯微鏡，且係用以檢測與樣本表面在光學軸方向的位置對應之光學顯微鏡的焦距值之光學焦距值檢測單元者，且該光學對焦單元具備使光學顯微鏡於樣本表面自動聚焦，並以聚焦狀態之光學顯微鏡的對焦透鏡在光軸方向的位置作為焦距值而予以輸出的自動對焦控制單元；變換單元，係由自動對焦控制單元接受關於樣本上的一個點的焦距值，並將該焦距值變換成對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓者，且建構成依據以下方式進行演算：當將關於樣本上的一個點的焦距值設為ZMn ，將關於該點之對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓設為ZEBn ，將關於另外的第1及第2點預先獲得的焦距值設為ZM1 及ZM2 、以及將關於該另外的第1及第2點預先獲得之對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓設為ZEB1 及ZEB2 時，ZEBn =a×ZMn +b其中，a=(ZEB1 -ZEB2 )/(ZM1 -ZM2 )b=ZEB1 -(ZM1 ×a)；以及記憶單元，係使依據變換單元所得到的施加電壓與檢測出對應於該施加電壓之焦距值之樣本上的點的座標互相關連後加以記憶。
  3. 一種樣本檢查裝置，包括： 電子線裝置，係照射電子線而進行樣本的檢查；光學對焦單元，係具備光學顯微鏡，且係用以檢測與樣本表面在光學軸方向的位置對應之光學顯微鏡的焦距值之光學焦距值檢測單元者，且該光學對焦單元具備使光學顯微鏡於樣本表面自動聚焦，並以聚焦狀態之光學顯微鏡的對焦透鏡在光軸方向的位置作為焦距值而予以輸出的自動對焦控制單元；變換單元，係由自動對焦控制單元接受關於樣本上的一個點的焦距值，並將該焦距值變換成對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓者，且建構成將關於樣本表面的一個點的對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓，以關於該點之焦距值的多項式來表示，且利用關於其他複數個點分別預先獲得的焦距值及對電子線裝置之對焦透鏡的施加電壓，而以解多次多項式來求得該多項式的係數；以及記憶單元，係使依據變換單元所得到的施加電壓與檢測出對應於該施加電壓之焦距值之樣本上的點的座標互相關連後加以記憶。
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