WO2018131101A1 - 荷電粒子ビーム装置および光学式検査装置 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置および光学式検査装置 Download PDF

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WO2018131101A1
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谷口　浩一
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株式会社 日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam apparatus and an optical inspection apparatus, and more particularly to detection of the height of a wafer.
  • Patent Document 1 two-dimensional slit light is projected onto an object from obliquely above, reflected light from the object of the projected two-dimensional slit light is detected, and the two-dimensional slit by the detected two-dimensional slit light is detected.
  • a technique is disclosed in which an image is converted into an electric signal by a two-dimensional area sensor, and a height of an object is detected by removing a slit portion having a large detection error from the electric signal obtained by the converted two-dimensional slit image.
  • Patent Document 2 a slit that cannot be detected by pattern matching when only a part of the multi-slit image is irradiated in the height measurement at a portion near the edge of the object to be measured is identified.
  • a technique for calculating the number that cannot be detected and complementing an electrical signal of an ideal slit image is disclosed.
  • Patent Document 1 it is disclosed that a slit portion having a large detection error is excluded from an electric signal based on a two-dimensional slit image. It is not possible to obtain an image which is a premise for processing.
  • Patent Document 2 is disadvantageous for high throughput because of the time required to identify and complement slits that cannot be detected.
  • An object of the present invention is to provide a technique for detecting the height of a wafer up to the vicinity of the edge of the wafer with high accuracy and high speed.
  • the first pattern is projected from the oblique direction to the wafer surface with the first pattern on one side and the second pattern on the other side across the target area on the wafer.
  • the image of at least any one of the 2nd pattern can be utilized, and the above-mentioned subject can be solved.
  • the present invention it is possible to provide a technique for detecting the height of a wafer up to the vicinity of the edge of the wafer with high accuracy and high speed. As a result, the die can be taken close to the edge of the wafer.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a device configuration of a CD-SEM device in a first embodiment of the present invention. It is the schematic which shows the structure of the optical height detection optical system in the Example of this invention. It is the schematic which shows the structure of the optical height detection optical system in the Example of this invention. It is the schematic explaining the relationship between the height of a target object and the shift amount of a slit image in the optical height detection optical system of the Example of this invention. It is a top view of the two-dimensional slit of the Example of this invention. It is a figure which shows the image of the two-dimensional slit projected on the surface of the to-be-measured object.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a device configuration of a CD-SEM (Critical Dimension Scanning Electron Microscope) device 100 which is a charged particle beam device according to a first embodiment of the present invention.
  • the CD-SEM apparatus 100 obtains an electron beam image of an object to be measured (measuring object, object) 115 by a scanning electron microscope for setting and monitoring conditions of a semiconductor manufacturing process, and performs image processing to obtain an object to be measured.
  • the line width and hole diameter of the fine pattern of the object 115 are measured.
  • the measurement object 115 is, for example, a semiconductor wafer on which a fine pattern is formed.
  • the CD-SEM apparatus 100 obtains an electron beam image of the measurement object 115 and performs image processing, a focus control system that performs focusing of the scanning electron microscope, and the height of the measurement object 115.
  • An optical height detection system for detecting the above and an overall control system.
  • the scanning electron microscope system includes an electron beam source 111 that emits an electron beam, a condenser lens 112 that focuses the electron beam emitted from the electron beam source 111, a deflector 113 that two-dimensionally scans the focused electron beam, and an electron An objective lens 114 that focuses the line on the measurement object 115, a Z stage 122 on which the measurement object 115 is placed, and an XY stage 116 that moves the Z stage 122 movable in the height direction in a two-dimensional horizontal direction.
  • a laser length measuring device 117 for measuring the position of the measurement object 115 moved by the XY stage 116, and secondary electron detection for detecting secondary electrons emitted from the measurement object 115 by irradiation of an electron beam.
  • an A / D converter 119 for A / D converting the detected secondary electron signal, and an electron beam image (SEM image) by the A / D converted secondary electron signal Has an image processing unit 120 for measuring the length of the width or diameter of the pattern in the specified image.
  • the optical height detection system includes a projection optical system, a detection optical system, a two-dimensional area sensor, and a height detection means.
  • the optical height detection system projects first and second patterns, which will be described later, on the surface of the measurement object 115 from an oblique direction, and detects light reflected by the measurement object 115.
  • the optical height detection system further includes an electric signal detector 131 for detecting an electric signal from the two-dimensional area sensor based on an image of at least one of the first and second patterns, and the first and second patterns.
  • a height calculation processor 132 that selects at least one of the images and calculates the height of the object 115 to be measured.
  • the focus control system adjusts the height of the measurement target object 115 by the Z stage 122 based on the height information of the measurement target object 115 output from the height calculation processor 132, so that the objective lens 114 is adjusted.
  • a focus controller (focus control means) 121 that performs focusing, and an automatic focus controller (auto focus) that detects an electron beam image at a height adjusted by the focus controller 121 and detects a focal point position from the electron beam image. Control means) 123.
  • the overall control system performs overall control of the scanning electron microscope system, the focus control system, and the optical height detection system, and the result processed by the image processing means 120 together with the coordinate position of the object to be measured 115 or the monitor 142 or An overall control unit 141 that outputs to a storage 143 that is a storage unit is provided.
  • the optical height detection optical system includes a projection optical system 251 and a detection optical system 252.
  • FIG. 2B is a plan view of the optical system shown in the front view in FIG.
  • the projection optical system 251 includes a white light source 261 such as a halogen lamp, a condenser lens 263 that condenses the white light from the white light source 261, and light to be collected by the condenser lens 263 to be described later on the measurement target 115.
  • a white light source 261 such as a halogen lamp
  • condenser lens 263 that condenses the white light from the white light source 261, and light to be collected by the condenser lens 263 to be described later on the measurement target 115.
  • a two-dimensional slit 264 for projecting the first and second patterns for projecting the first and second patterns
  • a polarizing filter 265 installed so as to transmit S-polarized light out of the light passing through the two-dimensional slit 264, and the light passing through the polarizing filter 265
  • a projection lens 266 that focuses and forms first and second patterns, which will be described later, in the vicinity of the measurement target 115.
  • the polarization filter 265 is more easily reflected on the surface of the transparent film than the P-polarized light.
  • the influence of multiple reflections on a transparent film is reduced.
  • the light source a single wavelength laser light source or a light emitting diode can be used instead of the white light source 261.
  • multiple reflected light in the transparent film causes interference, or the transparent film thickness changes. May affect the reflectivity and increase the detection error.
  • the detection optical system 252 passes through a band-pass filter 262 that transmits light in a specific wavelength region out of the light irradiated from the projection optical system 251 and regularly reflected on the measurement target 115, and the band-pass filter 262.
  • the detection lens 267 that collects the collected light and forms the intermediate image 269, the mirror 268 that changes the traveling direction of the specularly reflected light that has passed through the detection lens 267, and the intermediate image 269 formed by the detection lens 267 are enlarged.
  • the magnifying lens 270 that forms an image on the two-dimensional area sensor 271 and the two-dimensional area sensor 271 are included.
  • the detection optical system 252 can capture first and second patterns described later.
  • the band-pass filter 262 limits the wavelength band of the light from the white light source 261 to reduce chromatic aberration due to the detection lens 267 and the magnifying lens 270 and reduce the wavelength dependency of the image formed on the two-dimensional area sensor 271. .
  • X s direction 101 is a direction of movement of the XY stage 116 It is installed with an inclination.
  • the direction of movement of the XY stage 116 which is perpendicular to the X s direction 101 and Y s direction 102.
  • the projection optical system 251 and detection optics 252 are disposed 45 ° inclined to against X s direction 101.
  • FIG. 3 is a schematic diagram for explaining the relationship between the height of the object and the shift amount of the slit image in the optical height detection optical system of the present embodiment.
  • the Zs direction 301 corresponds to the moving direction of the Z stage 122.
  • FIG. 3 shows that a direction orthogonal to the X s direction 101 and Y s direction 102, and Z s direction 301.
  • the Zs direction 301 corresponds to the moving direction of the Z stage 122.
  • the measurement object 115 Changes by ⁇ Z s
  • the two-dimensional slit image on the two-dimensional area sensor 271 shifts by 2 m ⁇ Z s ⁇ sin ⁇ .
  • the height calculation processor 132 calculates the shift amount of the two-dimensional slit image based on the electric signal of the two-dimensional slit image obtained by the two-dimensional area sensor 271, and from the calculated shift amount, ⁇ Z s that is the amount of change in the height of the measurement object 115 is calculated.
  • ⁇ can be set to 70 °.
  • FIG. 4 is a plan view of the two-dimensional slit 264 as viewed from the measured object 115 side.
  • the two-dimensional slit 264 has a first slit group 402 on one side and a second slit group on the other side across an X p axis 272 and a Y p axis 273 passing through the optical axis 401 of the projection optical system 251. 403.
  • each of the first slit group 402 and the second slit group 403 includes four slits.
  • each slit is arranged in the transversal direction of the slit contained in each.
  • each slit of the first slit group 402 and the second slit group 403 is substantially parallel to the X p axis 272.
  • Each of the first slit group 402 and the second slit group 403 includes at least one slit, and the number of slits can be increased in accordance with the required stage height control accuracy.
  • FIG. 5 is a diagram showing an image of the two-dimensional slit 264 projected on the surface of the measurement object 115.
  • the Y p ′ axis 501 in FIG. 5 corresponds to the projection of the Y p axis 273 in FIG. 4 onto the surface of the measurement object 115.
  • the Y p ′ axis 501 corresponds to the projection of the optical axis 401 onto the surface of the measurement object 115.
  • the X p ′ axis 505 corresponds to the projection of the X p axis 272 in the direction of the optical axis 401 on the surface of the measurement object 115.
  • the X p axis 272 and the X p ′ axis 505 have an inverted image relationship, and thus their directions are reversed.
  • the image of the first slit group 402 on one side of the optical axis 401, the X p ′ axis 505, and the Y p ′ axis 501 of the projection optical system 251 is sandwiched by the projection optical system 251.
  • the second pattern 503 which is an image of the second slit group 403 is projected on the other side. In this way, the first pattern 502 is projected closer to the projection optical system 251 than the second pattern 503.
  • the first pattern 502 is on one side and the second pattern is on the other side.
  • a pattern 503 is projected.
  • the first pattern 502 and the second pattern 503 are obtained by enlarging and projecting the first slit group 402 and the second slit group 403 by the projection lens 266.
  • the projection optical system 251 projects at an incident angle of ⁇ as shown in FIG. 3, the first slit group 402 is enlarged by 1 / sin (90 ° ⁇ ) times in the Y p ′ axis 501 direction.
  • the second slit group 403 is projected onto the surface of the measurement object 115.
  • Distance d 2 of the first pattern 502 and X p axis spacing d 1, and a second pattern 503 of 272 and X p axis 273, for example, can each be on 1 mm.
  • the period in the short direction of the slits included in each of the first pattern 502 and the second pattern 503, which is the pitch of each of the first pattern 502 and the second pattern 503, is the first pattern 502 and the second pattern 503. It is smaller than d 1 + d 2 which is the interval between the two patterns 503. 5, the pitch p 1 of the first pattern 502, the pitch p 2 of the second pattern 503, illustrating the.
  • a region where the scanning electron microscope system of the CD-SEM apparatus 100 scans an electron beam that is a charged particle beam is, for example, a region 504 surrounded by a broken line in FIG.
  • the size of the region in which the scanning electron microscope system scans the electron beam, which is a charged particle beam varies depending on the size of the region where an image is desired to be obtained.
  • the height of the surface of the measurement object 115 to be described later is obtained by positioning at least a part of the region where the scanning electron microscope system scans the electron beam between the first pattern 502 and the second pattern 503.
  • FIGS. 7 (a) is X s end near 601 of FIG. 6, the state of projection in FIG. 7 (b) with Y s end near 602 of FIG. 6, and FIG. 7 (c) in FIG. 6
  • FIG. 7D shows the state of projection near the ⁇ 45 ° end 604 in FIG. 6.
  • the Y s end around 602 the inside of the wafer edge 701 is on the object to be measured 115 second pattern 503 is projected.
  • the Y s end around 602 the first pattern 502 is not projected onto the object to be measured 115. Therefore, the Y s end around 602, by measuring the position of the second pattern 503, it is possible to measure the height of the measurement object 115.
  • the first pattern 502 is projected inside the wafer edge 701 on the object to be measured 115.
  • the second pattern 503 is not projected onto the measurement object 115 in the vicinity of the 45 ° end 603. Therefore, in the vicinity of the 45 ° end 603, the height of the measurement object 115 can be measured by measuring the position of the first pattern 502.
  • the second pattern 503 is projected inside the wafer edge 701 on the object to be measured 115.
  • the first pattern 502 is not projected onto the measurement object 115. Therefore, in the vicinity 604 of ⁇ 45 ° end, the height of the measurement object 115 can be measured by measuring the position of the second pattern 503.
  • the height of the measurement object 115 can be measured from at least one of the first pattern 502 and the second pattern 503.
  • at least one of the first pattern 502 and the second pattern 503 can maintain the number of slits included in the image, it is possible to save time required for identifying and complementing slits that cannot be detected.
  • FIG. 8 shows a first pattern 801 and a second pattern 802 projected onto the two-dimensional area sensor 271 as viewed from the magnifying lens 270 side.
  • the first pattern 801 corresponds to the projection pattern of the first slit group 402
  • the second pattern 802 corresponds to the projection pattern of the second slit group 403.
  • the projection optical system 251 and the detection optical system 252 sandwich the optical axis 401 and Y p ′′ axis 275 of the projection optical system 251 with an image of the first slit group 402 on one side.
  • a certain first pattern 801 is projected on the other side
  • a second pattern 802 that is an image of the second slit group 403 is projected on the other side.
  • An electric signal resulting from at least one of the first pattern 801 and the second pattern 802 from the two-dimensional area sensor 271 is detected by the electric signal detector 131.
  • the electric signal detector 131 can obtain an electric signal caused by the first pattern 801 on the corresponding lines on the plurality of lines 803 along the Y p ′′ axis 275 direction shown in FIG. 8.
  • the electrical signal detector 131 can obtain an electrical signal caused by the second pattern 802 on the lines corresponding to the plurality of lines 804 along the Y p ′′ axis 275 direction shown in FIG. .
  • the first pattern 801 that is an image of the first slit group 402 on one side and the second pattern on the other side across the Y p ′′ axis 275 passing through the optical axis 401 of the projection optical system 251. Since the second patterns 802 that are images of the two slit groups 403 are respectively projected, the plurality of lines 803 along the Y p ′′ axis 275 direction are not affected by the second pattern 802. An electric signal resulting from the first pattern 801 can be obtained. In addition, on the plurality of lines 804 along the Y p ′′ axis 275 direction, an electric signal due to the second pattern 802 can be obtained without being affected by the first pattern 801.
  • the height calculation processor 132 selects at least one image of the first pattern 801 and the second pattern 802 and calculates the height of the measurement object 115. Specifically, the height calculation process 132, Y p '' axis 275 on the plurality of lines 803 along the direction, or Y p 'on a plurality of lines 804 along the' axis 275 direction, the number of image of the slit Is selected, and the height of the object to be measured 115 is calculated from the change in the peak position corresponding to the slit position in the selected signal.
  • a height calculation process 132, Y p '' axis 275 on the plurality of lines 803 along the direction, or Y p 'on a plurality of lines 804 along the' axis 275 direction the number of image of the slit
  • the height of the measurement object 115 is calculated from the change in the peak position corresponding to the slit position in the remaining signal.
  • the height calculation processor 132 can select the first pattern 801 or the second pattern 802 from which images of all the slits in the slit group are obtained.
  • the selection information of the first pattern 801 or the second pattern 802 associated with the movement destination of the XY stage 116 in advance Is stored in the storage 143, and the height calculation processor 132 refers to the information and selects the first pattern 801 or the second pattern 802 according to the movement of the XY stage 116. The one from which images of all the slits are obtained can be selected.
  • the height calculation processor 132 can select the first pattern 801 or the second pattern 802 from the Y p ′′ axis 275 shown in FIG. 8 of the two-dimensional area sensor 271. If the integration of the intensity signal from the right region is less than a preset threshold value, the first pattern 801 is selected, and the intensity signal from the region left of the Y p ′′ axis 275 is selected. This integration can be realized by selecting the second pattern 802 when the integration is less than a preset threshold value.
  • the first pattern 502 is on one side and the first pattern 502 is on the other side across the Y p ′ axis 501, which is the projection of the optical axis 401 of the projection optical system 251 onto the surface of the measurement object 115.
  • the first pattern 801 can be obtained by simple area setting such as integration of the intensity signal of the right half area of the two-dimensional area sensor 271 and integration of the intensity signal of the left half area. Alternatively, it is possible to easily select a signal in which the number of slit images is missing without specifying which slit image is missing in the second pattern 802.
  • ⁇ Z s which is the amount of change in height, is calculated from the measurement of the change in the peak position of the four slit images.
  • ⁇ Z s is also calculated from the measurement of the valley position between the peaks of the slit image. s can be calculated.
  • the present embodiment can provide a technique for detecting the height up to the vicinity of the edge of the object to be measured with high accuracy and high speed. As a result, the die can be taken close to the edge of the wafer.
  • FIG. 9 is a schematic diagram showing a device configuration of a CD-SEM device 900 according to the second embodiment of the present invention.
  • the difference between the CD-SEM apparatus 900 of this embodiment and the CD-SEM apparatus 100 of the first embodiment described above is that, in the focus control system, the CD-SEM apparatus 100 outputs from the height calculation processor 132. While the objective lens 114 is focused by adjusting the height of the measurement object 115 with the Z stage 122 based on the height information of the measurement object 115, the CD-SEM apparatus 900 The focus controller 121 adjusts the excitation current of the objective lens 114 to focus the objective lens 114. In the CD-SEM apparatus 900 of this embodiment, the height of the measurement object 115 is not adjusted by the Z stage 122 unlike the CD-SEM apparatus 100 of the first embodiment. The variation of the height of the object 115 is larger than that of the CD-SEM apparatus 100.
  • the CD-SEM apparatus 900 taking into account the variation in the position of the first pattern 801 and the second pattern 802 due to the variation in the height of the measurement object 115 during the operation of the CD-SEM apparatus 900, It is desirable to make d 1 and d 2 in FIG. 5 larger than the CD-SEM apparatus 100.
  • the CD-SEM apparatus 900 of the present embodiment as well, from the first pattern 801 and the second pattern 802 to the vicinity of the edge of the object to be measured with high accuracy and high speed, similarly to the CD-SEM apparatus 100.
  • Technology for height detection can be provided. As a result, the die can be taken close to the edge of the wafer.
  • FIG. 10 is a schematic diagram showing the apparatus configuration of an optical inspection apparatus 1000 according to the third embodiment of the present invention.
  • the difference between the optical inspection apparatus 1000 of this embodiment and the CD-SEM apparatus 100 of the first embodiment described above is that the CD-SEM apparatus 100 is secondary emitted from the object to be measured 115 by electron beam irradiation. In contrast to the detection of electrons, the optical inspection apparatus 1000 detects scattered light emitted from the measurement object 115 by irradiation with laser light. In the optical inspection apparatus 1000 of the present embodiment as well, from the first pattern 801 and the second pattern 802 to the vicinity of the edge of the object to be measured with high accuracy and high speed, similarly to the CD-SEM apparatus 100. Technology for height detection can be provided. As a result, the die can be taken close to the edge of the wafer.
  • FIG. 11 is a schematic diagram showing an optical system for inspection of the optical inspection apparatus 1000.
  • the optical inspection apparatus 1000 includes a laser light source 1101, a beam shaping unit 1107 for shaping the laser light 1106 from the laser light source 1101 into a thin line shape, and irradiation of the laser light 1102 shaped into a thin line shape.
  • Scattered light detection systems 1001A and 1001B for detecting scattered light caused by foreign matters or defects on the surface.
  • the scattered light detection system 1001B is omitted.
  • the regularly reflected reflected light 1103 generated on the surface of the measurement object 115 by the irradiation of the laser light 1102 does not enter either the scattered light detection system 1001A or the scattered light detection system 1001B. That is, the optical inspection apparatus 1000 is dark field illumination.
  • the measurement object 115 is, for example, a semiconductor wafer on which a fine pattern is formed.
  • a rotation stage for correcting the angular deviation of the measurement object 115 can be added.
  • the scattered light detection system 1001A includes an objective lens 1104A, an imaging lens 1105A, and a one-dimensional sensor array 1118A.
  • the scattered light detection system 1001B includes an objective lens 1104B, an imaging lens 1105B, and a one-dimensional sensor array 1118B. Whereas the optical axis of the scattered light detecting system 1001A is substantially perpendicular to the surface of the object to be measured 115, the optical axis of the scattered light detection system 1001B is a vertical direction of the surface of the object to be measured 115 Z s direction Inclined with respect to 301. Therefore, the scattered light detection system 1001A and the scattered light detection system 1001B detect scattered light in different directions.
  • a laser light source 1101, a scattered light detecting system 1001A, and the scattered light detecting system 1001B, are arranged in the X s direction 101. Projection to the object to be measured 115 of the optical path of the laser beam 1102 and the reflected light 1103, along the X s direction 101.
  • the objective lens 1104A of the scattered light detection system 1001A and the objective lens 1104B of the scattered light detection system 1001B are arranged so as not to interfere with the field of view of the projection optical system 251.
  • the scattered light detection system 1001A detects the scattered light by performing photoelectric conversion on the one-dimensional sensor array 1118A.
  • the scattered light detection system 1001B detects the scattered light by performing photoelectric conversion on the one-dimensional sensor array 1118B.
  • the optical inspection apparatus 1000 includes an A / D converter 1119 that digitizes the output of the one-dimensional sensor array 1118A and the output of the one-dimensional sensor array 1118B, and the digitized scattered light intensity information. And image processing means 1120 for extracting information on defects and foreign matters on the measurement object 115.
  • the focus controller 121 uses the Z stage 122 to measure the height of the measurement object 115 based on the height information of the measurement object 115 output from the height calculation processor 132. Is adjusted so that the scattered light detection system 1001A and the scattered light detection system 1001B are focused on the measurement object 115.
  • FIG. 12 shows an image of a two-dimensional slit projected on the surface of the measurement object 115.
  • the scanning electron microscope system of the CD-SEM apparatus 100 is replaced with an area 504 that is an area for scanning an electron beam, which is a charged particle beam, in FIG.
  • the irradiation region 1201 of the laser beam 1102 formed into a thin line shape and the visual field 1202 for inspection are between the first pattern 502 and the second pattern 503. Accordingly, the first pattern 502 is projected on one side and the second pattern 503 is projected on the other side by the projection optical system 251 with the inspection visual field 1202 on the measurement object 115 interposed therebetween.
  • the visual field 1202 for inspection corresponds to the visual field of the scattered light detection system 1001A and the scattered light detection system 1001B. Therefore, scattered light from a foreign substance or defect present in the irradiation region 1201 is measured by the scattered light detection system 1001A or the scattered light detection system 1001B depending on the direction of the scattered light.
  • the inspection visual field 1202 does not overlap the first pattern 502 and the second pattern 503. Thereby, the light from the projection optical system 251 can be prevented from entering the scattered light detection system 1001A and the scattered light detection system 1001B, and the surface inspection of the measurement object 115 can be made highly accurate.
  • a projection optical system 251 and detection optics 252 may be disposed 45 ° inclined to against X s direction 101 .
  • the distance d 2 of the first pattern 502 and X p axis spacing d 1, and a second pattern 503 of 272 and X p axis 273, for example, can each be on 1.5mm .
  • the optical inspection apparatus 1000 uses the image of at least one of the first pattern 502 or the second pattern 503 to increase the height of the Z stage 122. Can be adjusted. Furthermore, the optical inspection apparatus 1000 of the present embodiment uses the image of at least one of the first pattern 502 and the second pattern 503 to detect the measurement target object 115 generated when the XY stage 116 is moved. Variation in height can be suppressed.
  • the field of the projection optical system 251 can be used effectively, and the objective lens 1104A and the objective lens 1104B. Even if the projection optical system 251 and the visual field of the projection optical system 251 are arranged so as not to interfere with each other, highly accurate height measurement can be realized.
  • the irradiation region 1201 or the field of view 1202 of the inspection is associated with the position on the measurement object 115.
  • Information on the selection of the first pattern 801 or the second pattern 802 is stored in the storage 143, and the height calculation processor 132 refers to the information and determines the first pattern according to the movement of the XY stage 116. By selecting 801 or the second pattern 802, it is possible to select the one in which images of all the slits in the slit group are obtained.

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Abstract

半導体製造工程では、１枚のウェハからより多くのダイを取るために、ウェハのエッジの近くまでダイを取る要求がある。これに伴い、半導体製造工程に用いられる荷電粒子ビーム装置および光学式検査装置に対して、ウェハのエッジ近傍まで高精度に測定や検査を行うために、ウェハのエッジ近傍まで高精度にウェハの高さを検出することが求められている。また、半導体製造工程の高スループット化のために、高速な高さ検出が求められる。　本発明では、ウェハ上の対象領域を挟んで、一方の側に第１のパターンを、他方の側に第２のパターンを、ウェハ表面に対して斜め方向から投射することで、第１のパターンおよび第２のパターンの内の少なくともいずれかの像を利用でき、上述の課題を解決できる。

Description

荷電粒子ビーム装置および光学式検査装置
　本発明は、荷電粒子ビーム装置および光学式検査装置に関し、特に、ウェハの高さの検出に関する。
　半導体製造工程で用いられる荷電粒子ビーム装置や光学式検査装置、その他処理装置などの平面基板を扱う装置において、平面基板に対して斜め方向から光を照射し、その反射光の位置を検出することで基板の高さを検出する方法が用いられている。
　特許文献１には、対象物に斜め上方から２次元スリット光を投影し、この投影された２次元スリット光の対象物による反射光を検出し、この検出された２次元スリット光による２次元スリット像を２次元エリアセンサで電気信号に変換し、この変換された２次元スリット像による電気信号から検出誤差の大きなスリット部分を除外して対象物の高さを検出する技術が開示されている。
　特許文献２には、被測定物の縁に近い部位での高さ測定においてマルチスリット像の一部しか被測定物に照射されないときに、パターンマッチングにより検出できないスリットを特定して、マルチスリット像のうち検出できない本数を計算し、理想的なスリット像の電気信号を補完する技術が開示されている。
特許第４４２６５１９号公報 特開２０１６－３３４６１号公報
　半導体製造工程では、１枚のウェハからより多くのダイを取るために、ウェハのエッジの近くまでダイを取る要求がある。これに伴い、半導体製造工程に用いられる荷電粒子ビーム装置および光学式検査装置に対して、ウェハのエッジ近傍まで高精度に測定や検査を行うために、ウェハのエッジ近傍まで高精度にウェハの高さを検出することが求められている。また、半導体製造工程の高スループット化のために、高速な高さ検出が求められる。
　これに対して、特許文献１に開示の技術では、２次元スリット像による電気信号から検出誤差の大きなスリット部分を除外することが開示されているが、エッジ近傍では像を欠いてしまうので除外の処理を行う前提となる像を得ることができない。
　特許文献２に開示の技術では、検出できないスリットの特定と補完に要する時間のために、高スループット化に不利である。
　本発明の目的は、高精度かつ高速のウェハのエッジの近傍に至るまでのウェハの高さ検出の技術を提供することにある。
　本発明では、ウェハ上の対象領域を挟んで、一方の側に第１のパターンを、他方の側に第２のパターンを、ウェハ表面に対して斜め方向から投射することで、第１のパターンおよび第２のパターンの内の少なくともいずれかの像を利用でき、上述の課題を解決できる。
　本発明によれば、高精度かつ高速のウェハのエッジの近傍に至るまでのウェハの高さ検出の技術を提供することができる。ひいては、ウェハのエッジの近くまでダイを取ることができる。
本発明の第１の実施例におけるＣＤ－ＳＥＭ装置の装置構成を示す概略図である。 本発明の実施例における光学式高さ検出光学系の構成を示す概略図である。 本発明の実施例における光学式高さ検出光学系の構成を示す概略図である。 本発明の実施例の光学式高さ検出光学系における、対象物の高さとスリット像のシフト量の関係を説明する概略図である。 本発明の実施例の２次元スリットの平面図である。 被測定対象物の表面に投影された２次元スリットの像を示す図である。 被測定対象物の半導体ウェハのエッジ部分の例を示す図である。 被測定対象物の半導体ウェハのエッジ近傍での、第１のスリット群および第２のスリット群の投影の状態を示す図である。 被測定対象物の半導体ウェハのエッジ近傍での、第１のスリット群および第２のスリット群の投影の状態を示す図である。 被測定対象物の半導体ウェハのエッジ近傍での、第１のスリット群および第２のスリット群の投影の状態を示す図である。 被測定対象物の半導体ウェハのエッジ近傍での、第１のスリット群および第２のスリット群の投影の状態を示す図である。 ２次元エリアセンサに投影される第１のパターンおよび第２のパターンを示す図である。 本発明の第２の実施例におけるＣＤ－ＳＥＭ装置の装置構成を示す概略図である。 本発明の第３の実施例における光学式検査装置の装置構成を示す概略図である。 本発明の第３の実施例における光学式検査装置の検査の光学系を示す概略図である。 被測定対象物の表面に投影された２次元スリットの像を示す図である。
　以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。以下、本発明の実施例を、図を用いて説明する。
　図１は、本発明の第１の実施例の荷電粒子線装置であるＣＤ－ＳＥＭ（Ｃｒｉｔｉｃａｌ　Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎ　Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）装置１００の装置構成を示す概略図である。ＣＤ－ＳＥＭ装置１００は、半導体の製造プロセスの条件設定やモニタのため、走査電子顕微鏡により被測定対象物（被測定物、対象物）１１５の電子線像を得、画像処理によって、被測定対象物１１５の微細なパターンの線幅や穴径を測長するものである。被測定対象物１１５は、例えば、微細なパターンが形成されている半導体ウェハである。
　ＣＤ－ＳＥＭ装置１００は、被測定対象物１１５の電子線像を得、画像処理を行う走査電子顕微鏡系と、走査電子顕微鏡の焦点合わせを行う焦点制御系と、被測定対象物１１５の高さを検出する光学式高さ検出系と、全体制御系と、を有する。
　走査電子顕微鏡系は、電子線を出射する電子線源１１１と、電子線源１１１から出た電子線を集束するコンデンサレンズ１１２と、集束された電子線を２次元走査する偏向器１１３と、電子線を被測定対象物１１５に集束する対物レンズ１１４と、被測定対象物１１５を載置するＺステージ１２２と、高さ方向に可動なＺステージ１２２を水平方向の２次元方向に動かすＸＹステージ１１６と、ＸＹステージ１１６によって移動される被測定対象物１１５の位置を計測するレーザ測長器１１７と、電子線の照射により被測定対象物１１５から放出される二次電子を検出する二次電子検出器１１８と、検出された二次電子信号をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１１９と、Ａ／Ｄ変換された二次電子信号による電子線像（ＳＥＭ画像）を画像処理し、指定された画像中のパターンの幅や穴径の長さの測定を行う画像処理手段１２０と、を有する。
　光学式高さ検出系は、投射光学系、検出光学系、２次元エリアセンサ、および高さ検出手段を備える。光学式高さ検出系は、被測定対象物１１５の表面に後述する第１および第２のパターンを斜め方向から投射し、被測定対象物１１５で反射された光を検出する。光学式高さ検出系は、さらに、第１および第２のパターンの少なくともいずれかの像による２次元エリアセンサからの電気信号を検出する電気信号検出器１３１と、第１および第２のパターンの内の少なくとも一方の像を選択して被測定対象物１１５の高さを算出する高さ算出処理器１３２と、を備える。
　焦点制御系は、高さ算出処理器１３２から出力される被測定対象物１１５の高さの情報に基づいて、Ｚステージ１２２で被測定対象物１１５の高さを調節することで対物レンズ１１４の焦点合わせを行う焦点制御器（焦点制御手段）１２１と、焦点制御器１２１で調節した高さで電子線像を検出し、その電子線像から合焦点位置を検出する自動焦点制御器（自動焦点制御手段）１２３と、を備える。
　全体制御系は、走査電子顕微鏡系、焦点制御系、および光学式高さ検出系の全体の制御を行い、画像処理手段１２０で処理された結果を被測定対象物１１５の座標位置と共にモニタ１４２または記憶手段であるストレージ１４３に出力する全体制御部１４１を備える。
　次に、光学式高さ検出光学系について、図２（ａ）、図２（ｂ）、図３、および図４を用いて説明する。
　図２（ａ）に示すように、光学式高さ検出光学系は、投射光学系２５１と検出光学系２５２とを有する。なお、図２（ｂ）は、図２（ａ）に正面図で示した光学系を平面図で示した図である。
　投射光学系２５１は、ハロゲンランプ等の白色光源２６１と、白色光源２６１からの白色光を集光するコンデンサレンズ２６３と、コンデンサレンズ２６３で集光された光で被測定対象物１１５上に後述する第１および第２のパターンを投射するための２次元スリット２６４と、２次元スリット２６４を通過した光のうちＳ偏光を透過するよう設置された偏光フィルタ２６５と、偏光フィルタ２６５を通過した光を集光して被測定対象物１１５上近傍に後述する第１および第２のパターンを結像する投影レンズ２６６と、を有する。偏光フィルタ２６５は、被測定対象物１１５の表面が絶縁膜のように透明な膜で覆われている場合に、Ｓ偏光の方がＰ偏光よりも透明膜の表面で反射しやすいので、偏光フィルタ２６５によってＳ偏光を透過することにより、透明な膜での多重反射による影響を小さくするものである。光源としては、白色光源２６１の代わりに、単波長のレーザ光源や発光ダイオード等を使用することができるが、単色光は透明膜内での多重反射光が干渉を起こしたり、透明膜厚の変化が反射率に影響したりし、検出誤差が大きくなる場合がある。Ｘｓ方向１０１およびＹｓ方向１０２と、２次元スリット２６４のＸｐ軸２７２およびＹｐ軸２７３と、Ｘｐ’軸５０５およびＹｐ’軸５０１と、２次元エリアセンサ２７１のＸｐ’’軸２７４およびＹｐ’’軸２７５については後述する。
　検出光学系２５２は、投射光学系２５１から照射された光のうち被測定対象物１１５上で正反射した光のうち、特定の波長領域の光を透過する帯域フィルタ２６２と、帯域フィルタ２６２を通過した光を集光して中間像２６９を結像する検出レンズ２６７と、検出レンズ２６７を通過した正反射光の進行方向を変えるミラー２６８と、検出レンズ２６７で結像された中間像２６９を拡大して２次元エリアセンサ２７１上に結像する拡大レンズ２７０と、２次元エリアセンサ２７１と、を有する。検出光学系２５２は、後述する第１および第２のパターンを撮像することができる。２次元エリアセンサ２７１には、２次元ＣＣＤイメージセンサや２次元ＣＭＯＳイメージセンサを用いることができる。帯域フィルタ２６２は、白色光源２６１からの光の波長帯域を制限して、検出レンズ２６７および拡大レンズ２７０による色収差を低減し、２次元エリアセンサ２７１上に結像する像の波長依存性を小さくする。
　ここで、投射光学系２５１と検出光学系２５２は、光学式高さ検出における検出誤差を小さくするため、図２（ｂ）に示すように、ＸＹステージ１１６の移動方向であるＸｓ方向１０１に対し傾斜して設置されている。Ｘｓ方向１０１と直交するＸＹステージ１１６の移動方向をＹｓ方向１０２とする。本実施例では、図２（ｂ）に示すように、投射光学系２５１および検出光学系２５２が、Ｘｓ方向１０１に対して４５°傾斜して配置される。
　図３は、本実施例の光学式高さ検出光学系における、対象物の高さとスリット像のシフト量の関係を説明する概略図である。図３に示すように、Ｘｓ方向１０１およびＹｓ方向１０２に直交する方向を、Ｚｓ方向３０１とする。Ｚｓ方向３０１は、Ｚステージ１２２の移動方向に対応する。図３に示すように、２次元スリット光の入射角３７４をθ、検出光学系の検出レンズ２６７と拡大レンズ２７０とを総合した検出拡大レンズ３７５の倍率をｍとした場合、被測定対象物１１５の高さがΔＺｓだけ変化すると、２次元エリアセンサ２７１上の２次元スリット像は２ｍΔＺｓ・ｓｉｎθだけ全体にシフトする。これを利用して、高さ算出処理器１３２では、２次元エリアセンサ２７１で得られた２次元スリット像の電気信号に基づいて２次元スリット像のシフト量を算出し、算出したシフト量から、被測定対象物１１５の高さの変化量であるΔＺｓを算出する。θは、例えば、７０°にすることができる。
　図４は、２次元スリット２６４の被測定対象物１１５側から見た平面図である。２次元スリット２６４は、投射光学系２５１の光軸４０１を通るＸｐ軸２７２およびＹｐ軸２７３を挟んで、一方の側に第１のスリット群４０２と、他方の側に第２のスリット群４０３と、を有する。本実施例では、第１のスリット群４０２および第２のスリット群４０３には、それぞれ４本のスリットが含まれる。図４に示すように、第１のスリット群４０２および第２のスリット群４０３では、それぞれに含まれるスリットの短手方向に各スリットが配列される。また、第１のスリット群４０２および第２のスリット群４０３の各スリットの長手方向は、Ｘｐ軸２７２に略平行である。第１のスリット群４０２および第２のスリット群４０３には、それぞれ少なくとも１つのスリットが含まれるようにし、必要なステージの高さ制御の精度に応じて、スリットの本数を増やすことができる。
　図５は、被測定対象物１１５の表面に投影された２次元スリット２６４の像を示す図である。図５のＹｐ’軸５０１は、図４のＹｐ軸２７３の被測定対象物１１５の表面への射影に対応する。また、Ｙｐ’軸５０１は、光軸４０１の被測定対象物１１５の表面への射影に対応する。Ｘｐ’軸５０５は、被測定対象物１１５の表面での、Ｘｐ軸２７２の光軸４０１方向への射影に対応する。なお、Ｘｐ軸２７２とＸｐ’軸５０５は、倒立像の関係となるため、互いの向きを反転させている。図５に示すように、投射光学系２５１によって、投射光学系２５１の光軸４０１、Ｘｐ’軸５０５、およびＹｐ’軸５０１を挟んで、一方の側に第１のスリット群４０２の像である第１のパターン５０２が、他方の側に第２のスリット群４０３の像である第２のパターン５０３が、それぞれ投影される。このように、第１のパターン５０２が第２のパターン５０３よりも投射光学系２５１の近くに投影される。また、投射光学系２５１の光軸４０１の被測定対象物１１５の表面への射影であるＹｐ’軸５０１を挟んで、一方の側に第１のパターン５０２が、他方の側に第２のパターン５０３が投影される。第１のパターン５０２および第２のパターン５０３は、投影レンズ２６６によって、第１のスリット群４０２および第２のスリット群４０３が拡大されて投影されたものである。さらに、図３に示すように投射光学系２５１からθの入射角で投射されるため、Ｙｐ’軸５０１方向に１／ｓｉｎ（９０°―θ）倍に拡大されて第１のスリット群４０２および第２のスリット群４０３が被測定対象物１１５の表面に投影される。第１のパターン５０２とＸｐ軸２７２の間隔ｄ１、および第２のパターン５０３とＸｐ軸２７３の間隔ｄ２は、例えば、それぞれ１ｍｍにすることができる。第１のパターン５０２および第２のパターン５０３のそれぞれのピッチである、第１のパターン５０２および第２のパターン５０３のそれぞれに含まれるスリットの短手方向の周期は、第１のパターン５０２と第２のパターン５０３の間隔であるｄ１＋ｄ２よりも小さい。図５に、第１のパターン５０２のピッチｐ１と、第２のパターン５０３のピッチｐ２と、を図示した。
　ＣＤ－ＳＥＭ装置１００の走査電子顕微鏡系が荷電粒子ビームである電子ビームを走査する領域は、例えば、図５の破線で囲って示した領域５０４である。ここで、走査電子顕微鏡系が荷電粒子ビームである電子ビームを走査する領域の大きさは、像を得たい領域の広さに応じて変化する。走査電子顕微鏡系が電子ビームを走査する領域の少なくとも一部が、第１のパターン５０２と、第２のパターン５０３との間に位置することで、後述する被測定対象物１１５の表面の高さ測定により、被測定対象物１１５である半導体ウェハ等の微細なパターンの線幅や穴径を被測定対象物１１５のエッジ近傍まで高スループットかつ高精度に測長することができる。
　図６および図７（ａ）乃至（ｄ）を用いて、被測定対象物１１５が半導体ウェハである場合の半導体ウェハのエッジ近傍での、第１のスリット群４０２および第２のスリット群４０３の投影の状態を示す。図７（ａ）が図６のＸｓ端付近６０１での投影の状態を、図７（ｂ）が図６のＹｓ端付近６０２での投影の状態を、図７（ｃ）が図６の４５°端付近６０３での投影の状態を、図７（ｄ）が図６の－４５°端付近６０４での投影の状態を示す。
　図７（ａ）に示すように、Ｘｓ端付近６０１では、被測定対象物１１５上であるウェハエッジ７０１の内側には第１のパターン５０２が投影される。一方で、Ｘｓ端付近６０１では、第２のパターン５０３は被測定対象物１１５上に投影されない。したがって、Ｘｓ端付近６０１では、第１のパターン５０２の位置を測定することで、被測定対象物１１５の高さを測定することができる。
　図７（ｂ）に示すように、Ｙｓ端付近６０２では、被測定対象物１１５上であるウェハエッジ７０１の内側には第２のパターン５０３が投影される。一方で、Ｙｓ端付近６０２では、第１のパターン５０２は被測定対象物１１５上に投影されない。したがって、Ｙｓ端付近６０２では、第２のパターン５０３の位置を測定することで、被測定対象物１１５の高さを測定することができる。
　図７（ｃ）に示すように、４５°端付近６０３では、被測定対象物１１５上であるウェハエッジ７０１の内側には第１のパターン５０２が投影される。一方で、４５°端付近６０３では、第２のパターン５０３は被測定対象物１１５上に投影されない。したがって、４５°端付近６０３では、第１のパターン５０２の位置を測定することで、被測定対象物１１５の高さを測定することができる。
　図７（ｄ）に示すように、－４５°端付近６０４では、被測定対象物１１５上であるウェハエッジ７０１の内側には第２のパターン５０３が投影される。一方で、－４５°端付近６０４では、第１のパターン５０２は被測定対象物１１５上に投影されない。したがって、－４５°端付近６０４では、第２のパターン５０３の位置を測定することで、被測定対象物１１５の高さを測定することができる。
　以上のように、本実施例では、第１のパターン５０２または第２のパターン５０３の少なくともいずれかから、被測定対象物１１５の高さを測定することができる。また、第１のパターン５０２または第２のパターン５０３の少なくともいずれかは、像に含まれるスリットの本数を保つことができるので、検出できないスリットの特定と補完に要する時間を節約することができる。
　図８に、拡大レンズ２７０側から見た２次元エリアセンサ２７１に投影される第１のパターン８０１および第２のパターン８０２を示す。第１のパターン８０１が第１のスリット群４０２の投影パターンに対応し、第２のパターン８０２が第２のスリット群４０３の投影パターンに対応する。図８に示すように、投射光学系２５１および検出光学系２５２によって、投射光学系２５１の光軸４０１およびＹｐ’’軸２７５を挟んで、一方の側に第１のスリット群４０２の像である第１のパターン８０１が、他方の側に第２のスリット群４０３の像である第２のパターン８０２が、それぞれ投影される。
　２次元エリアセンサ２７１からの第１のパターン８０１または第２のパターン８０２の少なくともいずれかに起因する電気信号は電気信号検出器１３１で検出される。電気信号検出器１３１では、図８に示したＹｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０３上に対応する線上での第１のパターン８０１に起因する電気信号を得ることができる。同様に、電気信号検出器１３１では、図８に示したＹｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０４上に対応する線上での第２のパターン８０２に起因する電気信号を得ることができる。このように、投射光学系２５１の光軸４０１を通るＹｐ’’軸２７５を挟んで、一方の側に第１のスリット群４０２の像である第１のパターン８０１が、他方の側に第２のスリット群４０３の像である第２のパターン８０２が、それぞれ投影されるので、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０３上では、第２のパターン８０２の影響を受けることなく、第１のパターン８０１に起因する電気信号を得ることができる。また、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０４上では、第１のパターン８０１の影響を受けることなく、第２のパターン８０２に起因する電気信号を得ることができる。したがって、Ｙｐ’’軸２７５に沿う複数の線８０３上またはＹｐ’’軸２７５に沿う複数の線８０４上の少なくともいずれかで、スリットの本数に欠けの無い信号が得られる。スリットの本数に欠けの無い場合には、図８の右に示したような各スリットに対応するピークを有する電気信号が、複数の線８０３と複数の線８０４のそれぞれの線上で得られる。
　高さ算出処理器１３２では、第１のパターン８０１および第２のパターン８０２の内の少なくとも一方の像を選択して、被測定対象物１１５の高さを算出する。具体的には、高さ算出処理器１３２は、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０３上、またはＹｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０４上で、スリットの像の本数に欠けの無い信号が得られている方を選択し、選択した信号でのスリット位置に対応するピーク位置の変化から被測定対象物１１５の高さを算出する。逆にいうと、高さ算出処理器１３２は、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０３上、またはＹｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０４上で、スリットの像の本数に欠けのある信号が得られている方は無視し、残った方の信号でのスリット位置に対応するピーク位置の変化から被測定対象物１１５の高さを算出する。スリットの像の本数に欠けがあるかどうかは、例えば、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０３上、またはＹｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０４上のいずれか少なくとも一つの線上で、予め設定したしきい値を超える強度のピークが４つ未満しか得られない場合に、スリットの像の本数に欠けがあると判定することができる。これにより、高さ算出処理器１３２は、第１のパターン８０１または第２のパターン８０２の内、スリット群内の全てのスリットの像が得られている方を選択することができる。本実施例では、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０３と、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０４は、それぞれ３本としたが、本数は必要な高さ測定の精度に応じて選ぶことができる。
　また、上述のようにスリットの像の本数に欠けが有るかないかを判定する方法以外に、予めＸＹステージ１１６の移動先と関連付けられた第１のパターン８０１または第２のパターン８０２の選択の情報をストレージ１４３に記憶しておき、高さ算出処理器１３２が、該情報を参照し、ＸＹステージ１１６の移動に応じて第１のパターン８０１または第２のパターン８０２を選択することでも、スリット群内の全てのスリットの像が得られている方を選択することができる。
　第１のパターン８０１または第２のパターン８０２を選択する方法は、上述の方法以外にも、高さ算出処理器１３２が、２次元エリアセンサ２７１の図８に示したＹｐ’’軸２７５よりも右の領域からの強度の信号の積分が予め設定したしきい値未満になった場合には第１のパターン８０１を選択し、Ｙｐ’’軸２７５よりも左の領域からの強度の信号の積分が予め設定したしきい値未満になった場合には第２のパターン８０２を選択することでも、実現できる。このように、投射光学系２５１の光軸４０１の被測定対象物１１５の表面への射影であるＹｐ’軸５０１を挟んで、一方の側に第１のパターン５０２が、他方の側に第２のパターン５０３が投影されることにより、２次元エリアセンサ２７１の右半分の領域の強度の信号の積分と左半分の領域の強度の信号の積分といった簡単な領域設定で、第１のパターン８０１または第２のパターン８０２の内の、どのスリットの像が欠けているのかを特定することなく、容易にスリットの像の本数に欠けの無い信号が得られている方を選択することができる。
　本実施例では、第１のパターン８０１と第２のパターン８０２のそれぞれで、欠けの無い場合には４本のスリットの像が得られ、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０３の３本の線上と、Ｙｐ’’軸２７５方向に沿う複数の線８０４の３本の線上で、それぞれピーク位置を計測できるので、少なくとも１２箇所のピーク位置の平均から、被測定対象物１１５の高さの変化量であるΔＺｓを算出することができる。したがって、高精度かつ高速の被測定対象物１１５のエッジの近傍に至るまでの高さ検出が可能となる。なお、第１のパターン８０１および第２のパターン８０２の両方で全てのスリットの像が得られる場合には、第１のパターン８０１の上述の１２箇所のピークおよび第２のパターン８０２の上述の１２箇所のピークの両方を使って、合計２４箇所のピーク位置の平均から、さらに高精度にΔＺｓを算出することができる。また、本実施例では４本のスリット像のピーク位置の変化の計測から高さの変化量であるΔＺｓを算出するが、スリットの像のピークの間の谷の位置の計測からでも、ΔＺｓを算出することができる。
　以上のように、本実施例では、高精度かつ高速の被測定対象物のエッジの近傍に至るまでの高さ検出の技術を提供することができる。ひいては、ウェハのエッジの近くまでダイを取ることができる。
　図９は、本発明の第２の実施例におけるＣＤ－ＳＥＭ装置９００の装置構成を示す概略図である。
　本実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置９００と上述の第１の実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置１００との違いは、焦点制御系において、ＣＤ－ＳＥＭ装置１００では、高さ算出処理器１３２から出力される被測定対象物１１５の高さの情報に基づいて、Ｚステージ１２２で被測定対象物１１５の高さを調節することで対物レンズ１１４の焦点合わせを行うのに対して、ＣＤ－ＳＥＭ装置９００では、焦点制御器１２１が対物レンズ１１４の励磁電流を調節して対物レンズ１１４の焦点合わせを行う点にある。本実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置９００では、第１の実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置１００のようにＺステージ１２２で被測定対象物１１５の高さ調節が行われないために、動作中の被測定対象物１１５の高さの変動はＣＤ－ＳＥＭ装置１００よりも大きくなる。したがって、ＣＤ－ＳＥＭ装置９００では、ＣＤ－ＳＥＭ装置９００の動作中の被測定対象物１１５の高さの変動による第１のパターン８０１と第２のパターン８０２の位置の変動を考慮に入れて、ＣＤ－ＳＥＭ装置１００よりも図５のｄ１とｄ２を大きくすることが望ましい。
　本実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置９００においても、ＣＤ－ＳＥＭ装置１００と同様に、第１のパターン８０１と第２のパターン８０２から、高精度かつ高速の被測定対象物のエッジの近傍に至るまでの高さ検出の技術を提供することができる。ひいては、ウェハのエッジの近くまでダイを取ることができる。
　図１０は、本発明の第３の実施例における光学式検査装置１０００の装置構成を示す概略図である。
　本実施例の光学式検査装置１０００と上述の第１の実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置１００との違いは、ＣＤ－ＳＥＭ装置１００が電子線の照射により被測定対象物１１５から放出される二次電子を検出するのに対して、光学式検査装置１０００はレーザ光の照射により被測定対象物１１５から放出される散乱光を検出する点にある。本実施例の光学式検査装置１０００においても、ＣＤ－ＳＥＭ装置１００と同様に、第１のパターン８０１と第２のパターン８０２から、高精度かつ高速の被測定対象物のエッジの近傍に至るまでの高さ検出の技術を提供することができる。ひいては、ウェハのエッジの近くまでダイを取ることができる。
　以下、第１の実施例のＣＤ－ＳＥＭ１００と異なる点を中心に説明する。図１１は、光学式検査装置１０００の検査の光学系を示す概略図である。
　光学式検査装置１０００は、レーザ光源１１０１と、レーザ光源１１０１からのレーザ光１１０６を細線状に成形するビーム成形部１１０７と、細線状に成形されたレーザ光１１０２の照射により被測定対象物１１５の表面の異物や欠陥で生じる散乱光を検出するための散乱光検出系１００１Ａおよび１００１Ｂと、を有する。図１０では、散乱光検出系１００１Ｂを省略している。レーザ光１１０２の照射により被測定対象物１１５の表面で生じる正反射の反射光１１０３は、散乱光検出系１００１Ａおよび散乱光検出系１００１Ｂのいずれにも入射しない。すなわち、光学式検査装置１０００では、暗視野照明になっている。被測定対象物１１５は、例えば、微細なパターンが形成されている半導体ウェハである。光学式検査装置１０００では、ＸＹステージ１１６とＺステージ１２２に加えて、被測定対象物１１５の角度ずれを補正するための回転ステージを追加することもできる。
　散乱光検出系１００１Ａは、対物レンズ１１０４Ａと、結像レンズ１１０５Ａと、１次元センサアレイ１１１８Ａと、を有する。散乱光検出系１００１Ｂは、対物レンズ１１０４Ｂと、結像レンズ１１０５Ｂと、１次元センサアレイ１１１８Ｂと、を有する。散乱光検出系１００１Ａの光学軸が被測定対象物１１５の表面に略垂直であるのに対して、散乱光検出系１００１Ｂの光学軸は被測定対象物１１５の表面の垂直方向であるＺｓ方向３０１に対して傾いている。したがって、散乱光検出系１００１Ａと散乱光検出系１００１Ｂは、互いに異なる方向で散乱光を検出する。レーザ光源１１０１と、散乱光検出系１００１Ａと、散乱光検出系１００１Ｂと、はＸｓ方向１０１に並んで配置される。レーザ光１１０２および反射光１１０３の光路の被測定対象物１１５への射影は、Ｘｓ方向１０１に沿う。散乱光検出系１００１Ａの対物レンズ１１０４Ａ、および散乱光検出系１００１Ｂの対物レンズ１１０４Ｂは、投射光学系２５１の視野に干渉しないように配置される。散乱光検出系１００１Ａは、散乱光を１次元センサアレイ１１１８Ａで光電変換して検出する。散乱光検出系１００１Ｂは、散乱光を１次元センサアレイ１１１８Ｂで光電変換して検出する。
　光学式検査装置１０００は、１次元センサアレイ１１１８Ａの出力と、１次元センサアレイ１１１８Ｂの出力と、をデジタル化するＡ／Ｄ変換器１１１９と、デジタル化された散乱光強度の情報に基づいて、被測定対象物１１５上の欠陥や異物の情報の抽出を行う画像処理手段１１２０と、を有する。
　本実施例の焦点制御系は、焦点制御器１２１が、高さ算出処理器１３２から出力される被測定対象物１１５の高さの情報に基づいてＺステージ１２２で被測定対象物１１５の高さを調節することで、散乱光検出系１００１Ａおよび散乱光検出系１００１Ｂの焦点を被測定対象物１１５上に合わせる。
　図１２に、被測定対象物１１５の表面に投射された２次元スリットの像を示す。図５に示したＣＤ－ＳＥＭ装置１００の場合との違いは、ＣＤ－ＳＥＭ装置１００の走査電子顕微鏡系が荷電粒子ビームである電子ビームを走査する領域である領域５０４の代わりに、図１２では、細線状に成形されたレーザ光１１０２の照射領域１２０１および検査の視野１２０２が、第１のパターン５０２と第２のパターン５０３の間にあることである。したがって、被測定対象物１１５上の検査の視野１２０２を挟んで、一方の側に第１のパターン５０２が、他方の側に第２のパターン５０３が、投射光学系２５１によって投射される。検査の視野１２０２は、散乱光検出系１００１Ａおよび散乱光検出系１００１Ｂの視野に対応する。よって、照射領域１２０１に存在する異物や欠陥からの散乱光が、散乱光の方向によって、散乱光検出系１００１Ａまたは散乱光検出系１００１Ｂで計測される。
　光学式検査装置１０００では、検査の視野１２０２は第１のパターン５０２および第２のパターン５０３のいずれも重ならない。これにより、投射光学系２５１からの光が散乱光検出系１００１Ａおよび散乱光検出系１００１Ｂに入り込むことを抑制することができ、被測定対象物１１５の表面の検査を高精度化することができる。第１の実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置１００と同様に、光学式検査装置１０００でも、投射光学系２５１および検出光学系２５２を、Ｘｓ方向１０１に対して４５°傾斜して配置することができる。光学式検査装置１０００では、第１のパターン５０２とＸｐ軸２７２の間隔ｄ１、および第２のパターン５０３とＸｐ軸２７３の間隔ｄ２は、例えば、それぞれ１．５ｍｍにすることができる。
　光学式検査装置１０００は、第１の実施例のＣＤ－ＳＥＭ装置１００と同様に、第１のパターン５０２または第２のパターン５０３の少なくともいずれかの像を利用して、Ｚステージ１２２の高さを調整することができる。さらに、本実施例の光学式検査装置１０００は、第１のパターン５０２または第２のパターン５０３の少なくともいずれかの像を利用して、ＸＹステージ１１６の移動の際に生じる被測定対象物１１５の高さの変動を抑制することができる。特に、ＸＹステージ１１６をＸｓ方向１０１に移動させることにより照射領域１２０１および検査の視野１２０２を被測定対象物１１５上で走査する際に、精度よく被測定対象物１１５の高さの変動を抑制することができ、ウェハ等の被測定対象物１１５のエッジの近傍に至るまでの被測定対象物１１５の高精度かつ高速の検査をすることができる。ひいては、ウェハ等の被測定対象物１１５のエッジの近くまでダイを取ることができる。
　また、第１のパターン５０２と第２のパターン５０３は光軸４０１に対して対称な位置に配置されるので、投射光学系２５１の視野を有効に使うことができ、対物レンズ１１０４Ａおよび対物レンズ１１０４Ｂと、投射光学系２５１の視野とが、互いに干渉しないように配置しても、高精度の高さ計測を実現することができる。
　本実施例では、上述のようにスリットの像の本数に欠けが有るかないかを判定する方法以外にも、照射領域１２０１または検査の視野１２０２の被測定対象物１１５上の位置と関連付けられた、第１のパターン８０１または第２のパターン８０２の選択の情報をストレージ１４３に記憶しておき、高さ算出処理器１３２が、該情報を参照し、ＸＹステージ１１６の移動に応じて第１のパターン８０１または第２のパターン８０２を選択することでも、スリット群内の全てのスリットの像が得られている方を選択することができる。
　以上、本発明の実施形態を具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更可能である。
　１００：ＣＤ－ＳＥＭ装置、１１５：被測定対象物、２５１：投射光学系、４０２：第１のスリット群、４０３：第２のスリット群、５０２：第１のパターン、５０３：第２のパターン。

Claims (15)

  1. 　ステージと、
    　前記ステージに載置されたウェハ上への荷電粒子ビームの走査領域の少なくとも一部を挟んで、一方の側に第１のパターンを、他方の側に第２のパターンを、前記ウェハの表面に対して斜め方向から投射する投射光学系と、
    　前記第１および第２のパターンを撮像する撮像装置と、を有し、
    　前記第１および第２のパターンの像の内の少なくとも一方を選択してウェハの高さを測定することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  2. 　請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
    　前記第１または第２のパターンの像の欠けに応じて、前記第１および第２のパターンの像の内の少なくとも一方を選択してウェハの高さを測定することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  3. 　請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
    　前記投射光学系は、第１のスリット群および第２のスリット群を介して、前記第１のパターンおよび前記第２のパターンを投射することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  4. 　請求項３に記載の荷電粒子ビーム装置において、
    　前記第１および第２のスリット群のそれぞれには、それぞれに含まれるスリットの短手方向に各スリットが配列されていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  5. 　少なくとも高さ方向に可動なステージと、
    　前記ステージに載置されたウェハ上への荷電粒子ビームの走査領域の少なくとも一部を挟んで、一方の側に第１のパターンを、他方の側に第２のパターンを、前記ウェハの表面に対して斜め方向から投射する投射光学系と、
    　前記投射光学系から投射され、前記ウェハの表面で反射した光を検出する検出光学系と、を有し、
    　前記ウェハ上で、前記第２のパターンは前記第１のパターンよりも前記投射光学系に近い前記ウェハ上の領域に投射され、且つ前記投射光学系の光軸の前記ウェハの表面への射影を挟んで、一方の側に前記第１のパターンが、他方の側に前記第２のパターンが投影されることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  6. 　請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置において、
    　前記第１および第２のパターンのそれぞれのピッチは、前記第１のパターンと前記第２のパターンの間隔よりも小さいことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  7. 　請求項５に記載の荷電粒子ビーム装置において、
    　前記第１および第２のパターンの内の少なくとも一方に基づいて前記ステージの高さを調節することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  8. 　請求項７に記載の荷電粒子ビーム装置において、
    　前記第１または第２のパターンの像の欠けに応じて、前記第１および第２のパターンの内の少なくとも一方に基づいて前記ステージの高さを調節することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
  9. 　少なくとも高さ方向に可動なステージと、
    　前記ステージに載置されたウェハ上の検査の視野を挟んで、一方の側に第１のパターンを、他方の側に第２のパターンを、前記ウェハの表面に対して斜め方向から投射する投射光学系と、
    　前記第１および第２のパターンを撮像する撮像装置と、を有し、
    　前記第１および第２のパターンの像の内の少なくとも一方を選択して前記ステージの高さを調節することを特徴とする光学式検査装置。
  10. 　請求項９に記載の光学式検査装置において、
    　前記検査の視野の位置に応じて、前記第１および第２のパターンの像の内の少なくとも一方を選択して前記ステージの高さを調節することを特徴とする光学式検査装置。
  11. 　請求項９に記載の光学式検査装置において、
    　前記第１または第２のパターンの像の欠けに応じて、前記第１および第２のパターンの像の内の少なくとも一方を選択して前記ステージの高さを調節することを特徴とする光学式検査装置。
  12. 　請求項９に記載の光学式検査装置において、
    　前記ウェハ上で、前記第１のパターンは前記第２のパターンよりも前記投射光学系に近い前記ウェハ上の領域に投射されることを特徴とする光学式検査装置。
  13. 　請求項１０に記載の光学式検査装置において、
    　前記投射光学系の光軸の前記ウェハの表面への射影を挟んで、一方の側に前記第１のパターンが、他方の側に前記第２のパターンが投影されることを特徴とする光学式検査装置。
  14. 　請求項９に記載の光学式検査装置において、
    　選択した像に含まれる複数の強度ピークの位置の変化に基づいて前記ステージの高さを調節することを特徴とする光学式検査装置。
  15. 　請求項１４に記載の光学式検査装置において、
    　前記散乱光を第１の方向で検出する第１の検出光学系と、
    　前記散乱光を第２の方向で検出する第２の検出光学系と、を有することを特徴とする光学式検査装置。
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