JP5103253B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、光学式顕微鏡を備え、ベアウェーハの異物を撮像する荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線装置は、半導体ウェーハやフォトリソグラフィ用マスクなどの基板に電子線などの荷電粒子線を照射し、基板の欠陥を検出したり欠陥を観察する検査に用いられている。基板の位置合せ、すなわちアライメントと、基板の高さを予め計測するための光学式顕微鏡が搭載されている荷電粒子線装置も知られている（例えば、特許文献１参照）。

一方、回路パターンが形成される前の半導体ウェーハであるベアウェーハの表面の異物は、ベアウェーハにレーザビームを照射し、異物からの反射光を検出して異物の座標を取得する異物検査装置が用いられている。荷電粒子線装置は、この異物検査装置で取得した異物の座標に基づいて異物を見つけ、荷電粒子線を照射して異物の拡大像を撮像するもので、異物の像によってその大きさや種類を判別することができる。しかしながら、荷電粒子線装置の拡大倍率は非常に高く、異物検査装置で検出された欠陥の座標に基づいて、荷電粒子線装置でその異物を見つけ出そうとしても、容易に発見することができないという問題があった。

そこで、アライメントや高さ計測用の光学式顕微鏡を用いて、異物検査装置で検出された欠陥を光学式顕微鏡でまず見つけ、その座標に基づいて荷電粒子線装置で拡大像を撮像することが行われている。これは、光学式顕微鏡が、荷電粒子線装置よりも低い倍率かつ広い視野であることを利用している。

しかし、ベアウェーハの表面は、凹凸がほとんどなく、材質も均一であるため、画像を取得する際の焦点合わせが非常に困難であるという問題がある。そこで、異物検査装置から送られた異物の座標にベアウェーハを移動させ、光の反射を利用した高さセンサで高さを計測し、その高さを基準に光学式顕微鏡の焦点合わせを行い、異物を探索し、異物を発見したらその座標を記録し、次の異物の座標にベアウェーハを移動させ、という工程を繰り返し行い、全ての異物、または指定された数の異物の探索が終了したら、荷電粒子線装置による異物の拡大像の撮像の工程を開始するという手順で、異物の画像取得が行われている。この場合、高さセンサと光学式顕微鏡との間を往復するため、ベアウェーハを載せたステージの移動だけでも長い時間を要し、荷電粒子線装置のベアウェーハ１枚当りの稼動時間が長くなり、スループットが低下するという問題があった。

特開２００７−２３５０２３号公報

本発明は、ベアウェーハの異物の画像を撮像する際に、スループットの低下を防ぐことができる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

上記目的を解決するために、本発明の実施態様は、ベアウェーハに仮想メッシュを定義し、個々の仮想メッシュごとに高さを計測し、仮想メッシュごとの高さの値に基づいて、高さの値を有する仮想メッシュ全てについて光学式顕微鏡の焦点合わせを行い、光学式顕微鏡が異物検査装置から送られた異物の座標データに基づいて異物を検出して座標を定義し、荷電粒子線光学系カラムが定義された座標に基づいて、該座標の全てについて異物を撮像する構成を備えた荷電粒子線装置を提供する。

本発明によれば、ベアウェーハの異物の画像を撮像する際に、スループットの低下を防ぐことができる荷電粒子線装置を得ることができる。

以下、図面を用いて、本発明の一実施例を説明する。荷電粒子線としては、電子線やイオンビームが知られている。電子線を用いた電子顕微鏡の場合には、電子線の電流密度，試料上の到達電圧，電磁レンズや静電レンズの強度等を、試料の種類に合わせて調整することで、検査装置に応用することができる。イオンビームの場合は、エネルギーの正負と強度が異なるだけで、電子顕微鏡と同様に検査装置として使用することができる。本実施例では、試料に電子線を走査して、試料から発生する二次電子や反射電子を検出し、画像化する走査型電子顕微鏡を例にして説明する。

図１は、走査型電子顕微鏡の斜視図である。電子光学系カラム１は、図示しない電子銃，コンデンサレンズ，絞り，対物レンズ，走査偏向器，検出器を備え、内部が真空に保たれている。電子銃は電子線を発生し、コンデンサレンズ及び対物レンズにより電子線は収束され、ベアウェーハ２に照射される。電子線は細く絞られているので、走査偏向器でベアウェーハ２上の画像取得範囲を走査される。電子線の照射により、ベアウェーハ２から放出された二次電子３は、検出器４によって検出され、画像処理装置５で画像化されて、ディスプレイに二次電子像が表示される。上述の各機器の制御は、マイクロプロセッサと記憶装置を内蔵した制御装置１０からの指令で動作する。

電子線を最も細く絞った状態でベアウェーハ２に照射されることで、焦点が合ってぼけがなく、分解能の高い画像を得ることができるので、ベアウェーハ２の高さを正確に計測して、レンズの条件を制御しなければならない。ベアウェーハ２の高さを計測する方法のひとつとして、反射光を利用した高さセンサを用いることができる。高さセンサ発光部６１からベアウェーハ２に対して斜めに光を照射し、反射光を高さセンサ受光部６２で検出する。ベアウェーハ２の標準の位置を基準として、予めキャリブレーションしておく。ベアウェーハ２の高さが変わると、高さセンサ受光部６２の受光の位置が上下することから、高さの変化を計測することができる。基準の値と変化の値とから、ベアウェーハ２の高さを求めることができる。

高さセンサ発光部６１の発光のタイミングは、制御装置１０から送られる指令信号で決定される。高さセンサ受光部６２からの高さの変化の信号は、制御装置１０へ送られて、内部の記憶装置へ記憶される。

ベアウェーハ２の異物検査は、異物検査装置７で異物の座標が検出されることで、実行される。異物の座標データ８は、制御装置１０へ送られる。異物検査装置７で取得される異物の座標データ８は、座標精度が低く、走査型電子顕微鏡のような高倍率で狭視野の装置では、異物を発見することができないことが多い。そこで、はじめに、ひとつの異物の座標が電子光学系カラム１の下に位置するように、制御装置１０は、図示しないステージを移動させてベアウェーハを移動させる。この状態で画像を撮像しても、異物が画像の視野からはずれている場合が多い。次に、高さセンサを用いて電子光学系カラム１の下のベアウェーハの高さを計測し、その値と、計測した位置のステージの座標とを、制御装置１０の記憶部へ記憶する。制御装置１０は、高さを計測した位置が光学式顕微鏡９の下に位置するように、ベアウェーハ２を移動させる。制御装置１０は、記憶したベアウェーハの高さの値を光学式顕微鏡９に送る。光学式顕微鏡９は、ベアウェーハの高さの値に基づいて、焦点を合わせ、画像を取得し、画像処理装置５へ送る。光学式顕微鏡９は、低倍率で広視野であるので、異物の座標データ８に基づいて、異物を検出することができる。画像処理装置５のディスプレイに表示された異物が視野の中心にないときには、オペレータによりステージを移動させて異物を視野の中心に位置させ、視野の中心を、当該異物のステージの座標として設定する。このように、座標データ８と、検出した異物のステージの座標との間に誤差がある場合は、当該異物の座標補正値として、制御装置１０の記憶装置へ記憶する。

電子光学系カラム１の光軸と、光学式顕微鏡９の光軸とは、構造上一致させることが困難であるが、ステージの座標は共通なので、両光軸の間隔を知っておけば、両者の間に誤差は存在しないことになる。したがって、光学式顕微鏡９の視野の中心に位置させた異物は、電子光学系カラム１でも視野内に位置させることができる。

光学式顕微鏡９の方式には、明視野と暗視野とがあり、いずれでもよいが、異物はレーザ光の偏向特性を利用した暗視野方式の方が、微細な異物も検出可能なので、ここでは暗視野方式の光学式顕微鏡を用いる。

座標データ８には、多くの異物の座標が含まれており、ひとつひとつの座標ごとに、高さ計測，光学式顕微鏡像取得，座標補正，電子光学系カラム画像取得を繰り返すと、ステージ移動の時間だけで多くを費やすので、より効率的な異物検出方法が求められる。

図２，図３，図４は、画像処理装置５のディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図である。制御装置１０は、ベアウェーハ２上に仮想メッシュ１１を想定し、この模式図をディスプレイへ表示させる。仮想メッシュ１１のピッチは任意に設定することができる。

次に、制御装置１０は、仮想メッシュ１１の個々の仮想メッシュの中心位置におけるベアウェーハ２の高さを、高さセンサで検出し、高さの値を記憶するとともに、図３に示すようなベアウェーハ２の高さマップを作成する。次に、制御装置１０は、異物検査装置７から送られる異物の座標データ８の個々の座標と、図３に示す高さマップのデータとを照合し、仮想メッシュ毎に、異物の座標データ８の個々の座標を割り当て、記憶する。なお、異物の座標データ８が割り当てられない仮想メッシュが存在する場合は、図４に示すように、異物の座標データ８が割り当てられた仮想メッシュ１２だけについて、高さの計測を行うようにすれば、時間の短縮をはかることができる。

次に、光学式顕微鏡９は、ひとつの仮想メッシュについて、その仮想メッシュの高さの値に基づいて焦点を合わせ、その仮想メッシュに割り当てられた異物の座標データ８の個々の座標に基づいて、異物を画像化する。異物が視野の中心からはずれている場合は、オペレータが異物を視野中心に移動させ、ステージの座標として登録する。あるいは、暗視野方式光学式顕微鏡の場合は、光量がほぼ零の視野の中に、異物が光の点として表示されるので、画像処理技術により自動で光を検出し、その光の位置をステージの座標として登録することができる。そして、ステージの座標と、異物の座標データ８の個々の座標との間の座標補正値を、制御装置１０で演算させることができる。これを、すべての仮想メッシュ、あるいは、異物の座標が割り当てられた仮想メッシュについて実行する。続いて、電子光学系カラム１は、登録されたステージ座標に基づいて、個々の異物の二次電子像を取得する。以上の仮想メッシュの作成から二次電子像の取得までの動作は、連続的に自動で実行することができる。

ベアウェーハの高さ計測，光学式顕微鏡による異物の検出，電子光学系カラムによる二次電子像の取得を、異物毎に交互に行う場合には、光学式顕微鏡と電子光学系カラムの間の移動だけで多くの時間を費やすことになるが、本発明の実施例のように、それぞれを検出すべき異物全てについて実行してから次の工程へ移るようにしたので、ステージの移動距離が短くなり、所要時間が短縮でき、スループットの低下を防ぐことができる。

次に、異物のあるべき座標が更新されたものを用い、走査型電子顕微鏡を用いて、高倍率の条件で、異物の観察と分析及び異物の電子顕微鏡像の撮影を行うことができる。しかも、異物のあるべき座標位置に従って連続で操作することが出来る。

従来、異物の一つ一つに対して電子顕微鏡に付属のＺセンサでの高さ方向位置の検出と、暗視野光学顕微鏡での検出を交互に移動して実施していたものに対して、飛躍的に早く正確になった。

光学式顕微鏡９で焦点を合わせる際に、仮想メッシュ１１の中心の高さの値を基準とするのではなく、図３に示すように、制御装置１０で、仮想メッシュ１１の中心の高さの値から、ベアウェーハの高さの近似曲線を作成し、異物の座標データ８の個々の座標に対応した位置の高さの値を基準とすることにより、ひとつの仮想メッシュの中の高さの誤差を少なくすることができ、光学式顕微鏡９の焦点合わせの時間をより短縮することができる。

以上述べたように、本発明によれば、ベアウェーハの異物を走査型電子顕微鏡で撮像する場合に、ベアウェーハに仮想メッシュを定義し、仮想メッシュごとに高さを計測し、仮想メッシュごとに光学式顕微鏡で異物を検出し、その次に異物の二次電子像を撮像するので、光学式顕微鏡の焦点合わせの時間が短縮でき、光学式顕微鏡と走査型電子顕微鏡のカラムの間のベアウェーハの移動の時間が短縮できるので、スループットの低下を防ぐことができる荷電粒子線装置を提供することができる。

走査型電子顕微鏡の斜視図。 画像処理装置のディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図。 画像処理装置のディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図。 画像処理装置のディスプレイに表示される画面の一例を示す画面図。

符号の説明

１ 電子光学系カラム
２ ベアウェーハ
５ 画像処理装置
７ 異物検査装置
８ 座標データ
９ 光学式顕微鏡
１０ 制御装置
１１，１２ 仮想メッシュ
６１ 高さセンサ発光部
６２ 高さセンサ受光部

Claims (6)

1. 異物検査装置で検出されたベアウェーハ上の異物に荷電粒子線を照射して前記異物の像を取得する荷電粒子線装置において、
   前記ベアウェーハに仮想メッシュを定義する制御装置と、
   前記仮想メッシュの個々の仮想メッシュごとに前記ベアウェーハの高さを計測する高さセンサと、
   少なくとも前記異物検査装置から出力された異物の座標データが割り当てられた全ての仮想メッシュについて前記高さセンサによる前記仮想メッシュごとの高さの値の計測が終わった後に、前記仮想メッシュごとに計測された高さの値に基づいて、前記高さの値を有する仮想メッシュ全てについて焦点合わせを行い、前記異物検査装置から送られた前記異物の座標データに基づいて前記異物を検出して前記荷電粒子線装置上での前記異物の座標を定義する光学式顕微鏡と、
   前記光学式顕微鏡を用いて全ての異物に対して前記荷電粒子線装置上での各異物の座標が定義された後に、前記荷電粒子線装置上での前記異物の座標に基づいて、該座標の全てについて前記異物を撮像する荷電粒子線光学系カラムとを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１の記載において、前記制御装置は、前記仮想メッシュ毎の高さのマップを作成し、ディスプレイへ表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１の記載において、前記高さセンサは、前記異物の座標データが含まれる仮想メッシュについてのみ高さを計測することを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１の記載において、前記制御装置は、前記高さセンサで計測された高さの値からベアウェーハの高さの近似曲面を作成し、前記光学式顕微鏡は、該近似曲面に基づいて焦点合わせを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１の記載において、前記仮想メッシュのピッチは任意に設定可能であることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項１の記載において、前記高さセンサは、前記個々の仮想メッシュの中心位置で高さを計測し、前記光学式顕微鏡は、前記個々の仮想メッシュに含まれる異物を前記中心位置で計測された高さの値に基づいて焦点合わせを行うことを特徴とする荷電粒子線装置。

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