JP2006252995A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料の側面や裏面の検査が可能な荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】 電子銃３Ａ，３Ｂ、集束レンズ４Ａ，４Ｂ、偏向手段６Ａ，６Ｂ、二次電子検出器７Ａ，７Ｂを備えた２つの電子光学鏡筒１Ａ，１Ｂが、回転ステージ９Ａ，Ｘ方向移動用ステージ９Ｂ，Ｙ方向移動用ステージ９Ｃから成るステージ９に載置される試料１０が設けられる真空チャンバー１５に設けられる。一方の鏡筒１Ａは、該鏡筒からの電子ビームが、少なくとも試料側面の上側を走査出来る位置に、他方の鏡筒１Ｂは、電子ビームが、少なくとも試料側面の下側を走査出来る位置に、それぞれ設けられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造プロセスにおける試料の検査、特に、試料のエッジ部等の検査を行うのに適した荷電粒子ビーム装置に関する。

ＩＣ，ＬＳＩ等の半導体デバイスの製造プロセスにおいては、半導体素子が作製されるウエハの如き基板（以後試料と称す）の観察等を通して試料の検査が行われている。

この様な試料の検査は、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の電子ビーム照射により、非破壊で行われている。

図１は、試料の検査を行う走査電子顕微鏡の概略を示したものである。

図中１は電子光学鏡筒で、真空チャンバー２の上部壁に取り付けられている。

鏡筒１内には、電子銃３，該電子銃からの電子ビームを試料上に集束させるための集束レンズ４と対物レンズ５，前記電子銃１からの電子ビームで試料上を走査させるための偏向器６、試料からの二次電子を検出するための軸対称二次電子検出器７等が設けられている。尚、前記偏向器６は、Ｘ方向偏向器とＹ方向偏向器から成る。

前記真空チャンバー２内には、上面に静電チャック８を取り付けたステージ９が設けられており、前記静電チャック８に試料１０がホールドされる様に成っている。尚、ステージ９は、中心軸Ｏに垂直な面上に試料１０を移動させることが出来るように、Ｘ方向移動用とＹ方向移動用のステージから成っている。

さて、制御装置１１からの指令により作動する走査制御回路１２から走査信号が偏向器５に送られると、試料１０上に集束された電子ビームは、試料表面上の所定の領域を二次元的に走査する。この走査により、試料１０から発生した二次電子は二次電子検出器７に検出される。二次電子検出器７の出力は増幅器１３により増幅され、前記制御装置１１に送られる。該制御装置は、入力されて来た二次電子信号を画像信号処理を施して表示装置１４に送り、試料の二次電子像を表示させる。

尚、図１では図示しなかったが、試料上方には、Ｘ線検出器も設けられており、試料の所定領域に電子ビームが照射された時に、該領域から発生した特性Ｘ線を該Ｘ線検出器で検出し、その特性Ｘ線信号を前記制御装置１１に送るようにしている。該制御装置は、送られて来た特性Ｘ線信号に基づいて、前記所定領域部分の元素分析を行う。

オペレータは前記所定領域の二次電子像の観察や前記元素分析に基づいて、試料の検査を行っている。

さて、前記の如き試料検査は、主に、試料の表面について行われている。

しかし、近年、試料の表面だけではなく、試料の側面及びその近傍（エッジ部）や裏面についての検査の必要性が高まっている。その理由は、以下の通りである。

半導体基板の代表であるシリコンウエハは、コストダウンなどを考慮して、直径５０ｍｍ，７５ｍｍ，１００ｍｍ，１２５ｍｍ，１５０ｍｍ，２００ｍｍと漸次大きなものが出現し、最近では３００ｍｍのものが出現している。しかし、直径が大きくなっているが厚さはさほど変わっておらず、その為に、ウエハのエッジ部に傷や欠け等があると、ウエハ自体が割れ易くなる。

又、ウエハのエッジ部にパーティクルが付いている場合があり、その様な場合、パーティクルは工程が進に連れてパターンが形成されている鏡面部に転移して付着したり、或いは、熱処理によって取れて鏡面部に膜状に付着したりする。

又、ウエハの裏面にパーティクルが付着していると、ウエハ支持部材にパーティクルが付き、次に支持されるウエハの表面を汚すことがある。

何れの場合においても、ウエハ自体が不良品になる恐れがある。

従って、シリコンウエハのエッジ部や裏面に、傷，欠け，及びパーティクル等が無いかどうか検査する必要がある。

先ず、エッジ部の検査については、例えば、図２に示す様に、ステージ９を傾斜させることにより試料１０を傾斜させ（試料を傾斜させる機構は、例えば、特開平０９−１７３７０号公報に示されている）、エッジ部が鏡筒１に対向するようにすれば可能である。或いは、試料を傾斜させずに、鏡筒自体を傾斜させても良い。或いは、図３に示す様に、試料を割ってエッジ部を含む部分１０´を、そのエッジ部が鏡筒１に対向するようにホルダーＨに支持させることにより可能である。

一方、裏面の検査については、試料の裏面が鏡筒に対向するように静電チャックに支持させることにより可能である。

特開平０９−０１７３７０号公報 特開平１１−１６２３８６号公報 特開平０６−２８３１２７号公報

しかし、試料や鏡筒を傾斜する方式では、試料の裏面に近いエッジ部分や裏面を検査することは難しい。

又、試料を割る方式では、試料を破壊することになるので、インラインでの検査は出来ない。

又、試料を裏返しにしてホルダーに支持させる方式は、パターンが形成されている試料表面を傷めるために、インラインでの検査は出来ない。

本発明はこの様な問題点を解決するために成されたもので、新規な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生手段，該発生手段からのビームを試料上に集束させるための集束手段，及び前記発生手段からのビームで試料上を走査させるための偏向手段を備えた荷電粒子ビーム鏡筒が、内部に試料を載置するステージが設けられているチャンバーに少なくとも２本設けられた装置であって、荷電粒子ビームの照射により試料から発生した粒子の検出手段と、検出手段からの信号に基づいて少なくとも試料の一部分に関する像を表示する手段とを備えた荷電粒子ビーム装置において、一方の鏡筒は、該鏡筒からの荷電粒子ビームが、少なくとも試料側面の上側を走査出来る位置に、他方の鏡筒は、荷電粒子ビームが、少なくとも試料側面の下側を走査出来る位置に、それぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生手段，該発生手段からのビームを試料上に集束させるための集束手段，及び前記発生手段からのビームで試料上を走査させるための偏向手段を備えた荷電粒子ビーム鏡筒が、内部に試料を載置するステージが設けられているチャンバーに少なくとも２本設けられた装置であって、荷電粒子ビームの照射により試料から発生した粒子の検出手段と、検出手段からの信号に基づいて少なくとも試料の一部分に関する像を表示する手段とを備えた荷電粒子ビーム装置において、一方の鏡筒は、試料の表面と裏面の中間面の延長面より上方の位置に、他方の鏡筒は、前記延長面より下方の位置に、それぞれ設けられていることを特徴とする。

本発明では、荷電粒子ビーム発生手段，該発生手段からのビームを試料上に集束させるための集束手段，及び前記発生手段からのビームで試料上を走査させるための偏向手段を備えた荷電粒子ビーム鏡筒が、内部に試料を載置するステージが設けられるチャンバーに少なくとも２本設けられた装置で、一方の鏡筒は、該鏡筒からの荷電粒子ビームが、少なくとも試料側面の上側を走査出来る位置に、他方の鏡筒は、荷電粒子ビームが、少なくとも試料側面の下側を走査出来る位置にそれぞれ設けているので、容易に、試料の裏面に近いエッジ部分や裏面の一部を検査することが可能である。又、試料や試料上に形成されたパターン等を破壊することが無いので、インラインでの検査は可能である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図４は本発明の荷電粒子ビーム装置の一例として示した電子ビーム検査装置の一概略例を示したものである。図中、図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。

図中１５は真空チャンバーで、その内部、ほぼ中央部に、上面に静電チャック８を取り付けたステージ９が設けられている。該ステージは、試料１０を中心軸Ｏに垂直な面に沿って回転させることが出来る回転ステージ９Ａ，Ｘ方向移動用ステージ９Ｂ，Ｙ方向移動用ステージ９Ｃから成っている。前記静電チャック８には試料１０がホールドされる様に成っている。

１Ａ，１Ｂは、前記図１に示す電子光学鏡筒１と同様な構成の第１，第２電子光学鏡筒で、鏡筒内には、電子銃３Ａ，３Ｂ、集束レンズ４Ａ，４Ｂ、対物レンズ５Ａ，５Ｂ、偏向器６Ａ，６Ｂ、軸対称二次電子検出器７Ａ，７Ｂ等が設けられている。

前記第１電子光学鏡筒１Ａは、試料１０が初期の位置（基準位置）にある時に、少なくとも試料側面の上側半分を走査出来き、試料をＸ，Ｙ方向の二次元方向に移動させ、試料１０を図の右側に移動させた時に、少なくとも試料１０の上面を走査出来る様に、試料１０の表面と裏面の中間面の延長面より上方の真空チャンバー１５の側壁に取り付けられている。

一方、前記第２電子光学鏡筒１Ｂは、試料１０が初期の位置（基準位置）にある時に、少なくとも試料側面の下側半分を走査出来き、試料をＸ，Ｙ方向の二次元方向に移動させ、試料１０を図の右側に移動させた時に、少なくとも試料１０の下面を走査出来る様に、試料１０の表面と裏面の中間面の延長面より下方の真空チャンバー１５の側壁に取り付けられている。

尚、１２Ａ，１２Ｂは制御装置１１からの指令に基づきそれぞれ偏向器６Ａ，６Ｂに走査信号を供給する走査制御回路、１３Ａ，１３Ｂは前記各軸対称二次電子検出器７Ａ，７Ｂからの検出信号を増幅するための増幅器である。

さて、試料１０を基準位置にしておき、制御装置１１からの指令により走査制御回路１２Ａ，１２Ｂから走査信号をそれぞれ偏向器６Ａ，６Ｂに走査信号を送る。

電子銃３Ａから発生された電子ビームは試料１０の側面上部に集束され、該側面の上側面表面上を二次元的に走査する。この走査により、試料１０から発生した二次電子は二次電子検出器７Ａに検出される。二次電子検出器７Ａの出力は増幅器１３Ａにより増幅され、前記制御装置１１に送られる。該制御装置は、入力されて来た二次電子信号を画像信号処理を施して表示装置１４に送る。

一方、電子銃３Ｂから発生された電子ビームは試料１０の側面下部に集束され、該側面の下側面表面上を二次元的に走査する。この走査により、試料１０から発生した二次電子は二次電子検出器７Ｂに検出される。二次電子検出器７Ｂの出力は増幅器１３Ｂにより増幅され、前記制御装置１１に送られる。該制御装置は、入力されて来た二次電子信号を画像信号処理を施して表示装置１４に送る。

この際、前記制御装置１１は、図５に示す様に、例えば、表示装置１４の表示画面の上半分の部分Ｕに二次電子検出器７Ａの出力信号に基づいて、試料側部の上半分の二次電子像を、表示画面の下半分の部分Ｄに二次電子検出器７Ｂの出力信号に基づいて試料側部の下半分の二次電子像を表示させる。

次に、制御装置１１からの指令により回転ステージ９Ａを間歇的に回転させ、停止の度に、前記側面上部と下部を各鏡筒の電子ビームで走査することにより、側面全周における側面上部と下部の像が得られる。尚、図４では図示しなかったが、各鏡筒の近傍には、それぞれ、Ｘ線検出器も設けられており、電子ビーム照射により、試料側面上部，下部各々から発生した特性Ｘ線を各Ｘ線検出器で検出し、その特性Ｘ線信号を前記制御装置１１に送るようにしている。該制御装置は、送られて来た特性Ｘ線信号に基づいて、各部の元素分析を行っている。

尚、前記例では、各二次電子検出器７Ａ，７Ｂを各鏡筒１Ａ，１Ｂ内に設けたが、図６の７Ａ´，７Ｂ´に示す様に、各鏡筒の真横（例えば、左側）に置いても良い。この様に成せば、試料１０から低角度で放出される二次電子を検出することが出来るので、陰影感のある二次電子像が得られる。この時、鏡筒を挟んで二次電子検出器７Ａ´，７Ｂ´の配置位置と反対側の位置（鏡筒の右側）に、それぞれ、Ｘ線検出器８Ａ´，８Ｂ´（図示されていない）を配置しても良い。

この様にすれば、試料の側面における上部と下部の二次電子像が図４に示す例と同様に得られると同時に、各部のＸ線分析も行える。

又、前記各例の様に、二次電子検出器とＸ線検出器を各鏡筒毎に設けず、図７に示す様に、２つの鏡筒１Ａ，１Ｂの中間位置の左右に互いに離して二次電子検出器２０，Ｘ線検出器３０を配置させるようにしても良い。尚、図７（ａ），（ｂ）は、それぞれ、中心軸Ｏに垂直な方向から見た図、中心軸Ｏ方向に沿って上方から見た図である。この様な構成にして、順番に、電子光学鏡筒の電子銃や光学系を作動させ、電子銃からの電子ビームで、試料１０の側面の上部分、下部分を順次走査することにより、試料側部の上半分、下半部の二次電子像が得られる。尚、この場合も、試料１０から低角度で放出される二次電子を検出することが出来るので、陰影感のある二次電子像が得られる。

又、図４に示した様に各鏡筒内と、図６に示した様に各鏡筒外に、それぞれ、二次電子検出器を設け、２つの電子光学鏡筒１Ａ，１Ｂからの電子ビームで、同時にそれぞれ、試料１０の側面の上部，下部を走査し、それぞれの検出器で検出された二次電子信号を制御装置１１に送り、第１電子光学鏡筒内の二次電子検出器、第２電子光学鏡筒内の二次電子検出器、第１電子光学鏡筒外の二次電子検出器、第２電子光学鏡筒外の二次電子検出器各々で検出した二次電子に基づく像を、表示装置１４の表示画面のＵ１，Ｄ１，Ｕ２，Ｄ２の部分（図８）にそれぞれ表示されるようにしても良い。この様に成せば、表示部分Ｕ２，Ｄ２にそれぞれ表示された試料１０の側面の上部，下部の二次電子像は陰影感のある像となる。

又、試料１０の裏面や上面を検査する場合には、制御装置１１からの指令に基づき、Ｘ方向移動用ステージ９Ｂ，Ｙ方向移動用ステージ９Ｃにより試料１０を初期の位置（基準位置）から適宜鏡筒方向に移動させ、前記第１電子光学鏡筒１Ａの電子銃３Ａからの電子ビームが試料上面を走査出来るように、前記第２電子光学鏡筒１Ｂの電子銃３Ｂからの電子ビームが試料裏面を走査出来るようにする。

尚、前記各例では、二次電子像を表示するように成したが、試料からの反射電子を検出して、反射電子像を表示させるようにしても良い。

又、特開平０９−０１７３７０号公報に示す様な傾斜機構を使用し、試料１０を中心軸Ｏに垂直な面に対して傾け、その状態で、第２電子ビーム光学鏡筒２Ｂからの電子ビームで試料裏面を走査して、試料裏面からの二次電子信号等により試料裏面を検査したり、第１電子ビーム光学鏡筒２Ａからの電子ビームで試料表面を走査して、試料上面からの二次電子信号等により試料上面を検査したりするように成しても良い。

又、前記例では、電子ビーム走査に基づいたし像を得るようにしたが、イオンビーム走査に基づいて試料の走査部分の像を表示する装置にも、本発明は応用可能である。

試料の検査を行う走査電子顕微鏡の概略を示したものである。 従来の試料側面観察方法を説明するために用いた図である。 従来の試料側面観察方法を説明するために用いた図である。 本発明の荷電粒子ビーム装置の一例として示した電子ビーム検査装置の一概略例を示したものである。 本発明の電子ビーム検査装置による二次電子像の表示例を示す。 本発明の他の例として示した電子ビーム検査装置の一部概略例を示したものである。 本発明の他の例として示した電子ビーム検査装置の一部概略例を示したものである。 本発明の電子ビーム検査装置による二次電子像の表示例を示す。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ…電子ビーム光学鏡筒
２…真空チャンバー
３，３Ａ，３Ｂ…電子銃
４，４Ａ，４Ｂ…集束レンズ
５，５Ａ，５Ｂ…対物レンズ
６，６Ａ，６Ｂ…偏向器
７，７Ａ，７Ｂ，７Ａ´，７Ｂ´…二次電子検出器
８…静電チャック
９…ステージ
９Ａ…回転ステージ
９Ｂ…Ｘ方向移動用ステージ
９Ｃ…Ｙ方向移動用ステージ
１０…試料
１１…制御装置
１２，１２Ａ，１２Ｂ…走査制御回路
１３，１３Ａ，１３Ｂ…増幅器
１４…表示装置
１５…真空チャンバー
２０…二次電子検出器
３０…Ｘ線検出器

Claims (14)

1. 荷電粒子ビーム発生手段，該発生手段からのビームを試料上に集束させるための集束手段，及び前記発生手段からのビームで試料上を走査させるための偏向手段を備えた荷電粒子ビーム鏡筒が、内部に試料を載置するステージが設けられているチャンバーに少なくとも２本設けられた装置であって、荷電粒子ビームの照射により試料から発生した粒子の検出手段と、検出手段からの信号に基づいて少なくとも試料の一部分に関する像を表示する手段とを備えた荷電粒子ビーム装置において、一方の鏡筒は、該鏡筒からの荷電粒子ビームが、少なくとも試料側面の上側を走査出来る位置に、他方の鏡筒は、荷電粒子ビームが、少なくとも試料側面の下側を走査出来る位置に、それぞれ設けられている荷電粒子ビーム装置。
2. 荷電粒子ビーム発生手段，該発生手段からのビームを試料上に集束させるための集束手段，及び前記発生手段からのビームで試料上を走査させるための偏向手段を備えた荷電粒子ビーム鏡筒が、内部に試料を載置するステージが設けられているチャンバーに少なくとも２本設けられた装置であって、荷電粒子ビームの照射により試料から発生した粒子の検出手段と、検出手段からの信号に基づいて少なくとも試料の一部分に関する像を表示する手段とを備えた荷電粒子ビーム装置において、一方の鏡筒は、試料の表面と裏面の中間面の延長面より上方の位置に、他方の鏡筒は、前記延長面より下方の位置に、それぞれ設けられている荷電粒子ビーム装置。
3. 検出手段は少なくとも二種類であって、一方は、二次電子検出器、他方はＸ線検出器である請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 検出手段は少なくとも二種類であって、一方は、反射電子検出器、他方はＸ線検出器である請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 各鏡筒内にそれぞれ荷電粒子検出手段が設けられている請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 各鏡筒外の近傍にそれぞれ荷電粒子検出手段が設けられている請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
7. 各鏡筒内と各鏡筒外の近傍にそれぞれ荷電粒子検出手段が設けられている請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
8. 各鏡筒の中間部に荷電粒子検出手段が設けられている請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
9. 試料の裏面の一部がステージに支持されている請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
10. ステージは、試料を中心軸に垂直な面に沿って二次元方向に移動可能なステージから成る請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
11. ステージは、試料を中心軸に垂直な面に沿って回転させることが出来る回転ステージから成る請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置
12. ステージは、試料を中心軸に垂直な面に沿って回転させることが出来る回転ステージと、試料を中心軸に垂直な面に沿って二次元方向に移動可能なステージとから成る請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
13. ステージは、試料を中心軸に垂直な面に対して傾けることが出来る傾斜ステージと、試料を中心軸に垂直な面に沿って二次元方向に移動可能なステージとから成る請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。
14. ステージは、試料を中心軸に垂直な面に沿って回転させることが出来る回転ステージと、試料を中心軸に垂直な面に対して傾けることが出来る傾斜ステージと、試料を中心軸に垂直な面に沿って二次元方向に移動可能なステージとから成る請求項１若しくは２記載の荷電粒子ビーム装置。

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