JP2014225476A - 検出装置及び検査装置 - Google Patents
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Abstract
Description
ットで検査を行う方法、及び、デバイス製造プロセス途中のパターン検査を行うデバイス製造方法に関するものである。
は光の入射条件を調整してから、CCD検出装置をTDI(time delay integration)検出装置に取り替えて対象物の高速検査、測定等を行う。
伝達手段を介して蛍光板313が設置されており、試料からの二次電子はMCP314を介して蛍光板313に入り、そこで光信号に変換されてTDIセンサ311に伝達される。TDIセンサ311から出力された電気信号はフィードスルー部315に設けられたピン316を介してカメラ317に伝達される。
と蛍光板304、313が配置される。したがって、図29に示す構成においては、CCD検出装置300とTDI検出装置310とのを交換する場合には、大気中に設置された要素、すなわち、光学レンズ306、CCDセンサ301及びカメラ302を含むセットと、TDIセンサ311、カメラ317及び光学レンズ318を含むセットとを交換することになる。
い。これを達成する光学レンズ系は高精度で高価なレンズを必要とし、例えば10〜15倍のコストがかかる。さらに、光学系のサイズが5〜15倍大きくなるので、装置の高さに制約がある場合には使用不可能となることがある。
装置の交換作業を行うことなく、TDI検出装置にビームを入射させて画像取得を行うことで、高速で試料表面の検査、測定、観察を行うことができる。
み込んでも良い。同様にリソグラフィ装置と組み合わせて使用することもできる。
出力の取込み、画像表示、CCD検出装置11の制御が行われる。
は、画素数650(水平方向)×485(垂直方向)、画素サイズ14μm×14μm、1フレーム取得周波数33Hz、ゲイン100〜1000のものを用いる。このとき、EB―CCDセンサ13のゲインは入射電子のエネルギーで決まり、例えば入射エネルギ4keVの時にゲイン300を得ることができる。ゲインはEB―CCDセンサ13の構造により調整可能である。
3と機械的に連結される。CCD検出装置11を使用する場合、移動機構Mを作動させてEB−CCDセンサ13の中心を電子ビームeの光軸位置に来るよう移動させる。この状態で電子ビームeをEB-CCDセンサ13に入射させ、試料の二次元像を表す画像信号
を得ることができる。一方、TDI検出装置12を使用する場合には、EB-CCDセン
サ13を移動機構Mによって電子光学系の光軸から離れた場所、例えば、電子像や電子軌道に影響のない距離(例えば5〜300mm程度)離れた位置に移動させる。これによって試料からの電子ビームeはEB−CCDセンサ13に邪魔されることなくTDI検出装置12のMCP14に入射する。なお、移動機構MをEB−CCDセンサ13と連結する部分にはチャージアップ防止用のシールドを設けることが好ましい(これについては後述する)。
される。TDI検出装置12を使用する場合には、(C)に示すように、移動機構Mによって回転シャフト21を回転させてEB−CCDセンサ13を電子光学系の光軸に平行になるよう移動させる。したがって、電子ビームeは蛍光板15に入射して光信号に変換され、該光信号がFOP16を介してTDIセンサ17に入射する。
素サイズを7×7μmとすると、EB−CCDセンサ131は電子ビームの光軸調整、画像調整、電子像取得条件の抽出等に用いられる。次いで、移動機構MにてEB−CCDセンサ131を光軸から離れる位置に移動させ、電子ビームが蛍光板15に入射する様にする。蛍光板15で電子から変換された光信号はFOP16を介してTDIセンサ17に入射する。こうしてTDIセンサ17の出力を用いてカメラ19は連続的に電子像を撮像する。これによって、例えば、LSI用ウェーハの欠陥検査や露光用マスクの検査等を行うことができる。EB-CCDセンサ131により抽出された電子光学系の設定条件を用い
て又はこれを参考にして、TDI検出装置12での撮像がカメラ19において行われる。こうした撮像は欠陥検査と同時に(つまりオンラインで)又は撮像後に(つまりオフライン
で)行うことができる。
な欠陥を一層鮮明に高コントラスト(MTFが高い条件)で電子像を撮像してデータを取得することが可能となる。これは、電子数/画素が高くなると、輝度変動等によるノイズ成
分が低減されて、S/N比やMTFが向上するためである。このように、画素サイズの小さいEB-CCDセンサ132を用いて、欠陥部の詳細な評価、例えば、欠陥種、サイズ
等の詳細な評価を行うことができる。欠陥種の詳細な評価ができると、どの工程で発生した欠陥であるか、同種の欠陥がどこに何個発生したか等の情報を工程プロセスにフィードバックをしてプロセスを改良することができる。
レビューSEM等)にウェーハを移動して欠陥種やサイズの詳細評価を実行していた。同
一の装置で詳細評価が可能となると、欠陥検査の詳細評価とプロセス改良の短縮化・効率化が可能となる。
た場合においても、TDI検出装置12を用いた撮像による欠陥検査後に、欠陥の評価を行うことが可能であるが、この場合には、電子取得数/画素を大きくしてノイズの変動成
分を小さくし、欠陥の評価を行う。これによって欠陥種やサイズの評価が求まり、専用の欠陥分析装置を使用しなくともよくなり、使用するとしても欠陥分析装置を低減することができ、プロセス改良と工程管理の効率化が実現できる。
CDセンサ13に直角に入射させる。入射した電子ビームeはEB−CCDセンサ13によって電気信号に変換され、配線42を介してカメラ44へ伝達される。一方、TDI検出装置12を使用する場合は偏向器41を動作させない。そこで、電子ビームeは蛍光板15に、又はMCP14を介して蛍光板15に直接入射する。蛍光板15に入射した電子ビームは光信号に変換され、FOP16を介してTDIセンサ17に伝達され、そこで電気信号に変換されてカメラ19に伝達される。
い、EB−TDIセンサ51に直接に電子ビームeを入射させる。この構成においては、CCD検出装置11は、電子ビームの光軸調整、画像撮像条件の調整と最適化を行うのに使用される。一方、TDI検出装置12のEB−TDIセンサ51を使用する場合には、既に説明したとおり、EB−CCDセンサ13を移動機構Mによって光軸から離れた位置
に移動させてから、CCD検出装置11を使用するときに求めた条件を使用して又はそれを参考にしてTDI検出装置12による撮像を行って、評価又は測定を行う。
13によって電気信号に変換され、配線42を介してカメラ44へ伝達される。一方、TDI検出装置12を使用する場合は、偏向器を動作させず、電子ビームeをEB−TDIセンサ51に直接入射させて電気信号に変換し、カメラ19に伝達する。
せず)が設けられる。
出装置11及びTDI検出装置12は共に光を検出する光センサを備え、これらの光センサを一つの容器内に配置すると共に、検出装置の切り換えを並進移動又は回転移動によって行うよう構成したものである。すなわち、CCD検出装置11のCCDセンサ64とTDI検出装置12のTDIセンサ17とは、一つの真空容器MC内に設置されている。この実施の形態においては、TDI検出装置12は図12に示すものと同じであるから、ここでの重ねての説明は省略する。CCD検出装置11はMCP61、蛍光板62、FOP81及びCCDセンサ64を備えており、TDI検出装置12を使用するときにはCCD検出装置11は移動機構Mによって電子ビームeの光軸から離れるように(図においては右方向に)移動される。いずれの検出装置においても、その使用時には、電子ビームeをMCP14、61で増幅して、又はMCP14、61を用いることなく直接に蛍光板15、62に入射させて電子−光変換を行い、該光情報をFOP16、81を介してセンサ17、64に伝達して電気信号に変換し、カメラで撮像する。
画素サイズ14μm、フレーム・レート100Hz、センサ・サイズ3500×3500μm
第2のEB−CCDセンサ93:
画素サイズ7μm、フレーム・レート33Hz、センサ・サイズ3500×3500μm
第3のEB−CCDセンサ94:
画素サイズ3μm、フレーム・レート10Hz、センサ・サイズ3000×3000μm
EB−TDIセンサ51:
画素サイズ14μm、スキャン・レート100〜1000kHz対応、センサ・サイズ56×28mm
TDIセンサ17:
画素サイズ14μm、スキャン・レート1〜100kHz対応、センサ・サイズ56×28mm。
ート)が異なることで決まる。通常、TDIセンサのスキャン・レートは、それに対応す
る周波数が回路の周波数対応領域で限定される。また、低周波数と高周波数の両方を満足する駆動回路を設計することは困難である。そこで、高い周波数で高速に検査するためにEB−TDIセンサ51を使用し、低周波数の1〜100kHzで欠陥検査を行うときにはTDI検出装置12を用いる。しかし、高周波数と低周波数とにTDI検出装置12とEB−TDIセンサ51とのどちらを用いても支障はない。ただし、電子ビームが直接にセンサに入力するので、センサ温度はEB−TDIセンサ51の方が高くなる。また、EB−TDIセンサ51は熱的ノイズが比較的多くなるので、画像取得時間の小さい高周波数対応に適している。
を介して、大気側のカメラ44と接続される。
DIセンサ、EB-TDIセンサ及びCCDセンサが真空容器内に設置されているため、
高コントラスト、高分解能で画像取得ができ、且つ、従来手法と比較すると光伝達損失が無いので高スループット、低コスト化が実現される。
640(横)×480(縦)、1000(横)×1000(縦)、2000(横)×2000(縦)
EB−CCDセンサ:
640(横)×480(縦)、1000(横)×1000(縦)、2000(横)×2000(縦)
TDIセンサ:
1000(横)×100(縦)、2000(横)×500(縦)、4000(横)×1000(縦)
、4000(横)×2000(縦)
EB-TDIセンサ:
1000(横)×100(縦)、2000(横)×500(縦)、4000(横)×1000(縦)
、4000(横)×2000(縦)。
向の移動速度)は1kHz〜1MHzであるが、通常は10〜500kHzがよく用いら
れる。CCDセンサとEB-CCDセンサのフレーム・レートは1〜1000Hzである
が、通常は1〜100Hzが用いられる。これらの周波数は電子光学系の調整やレビュー観察等の用途により、適切な値に選択される。
センサのパッケージを固定するとき、挿入圧力が1kg/cm2を超えると、パッケージが損傷する可能性がある。例えば、4cm2程度の固定用抑え部材であれば、4kg/4c
m2以下の抑え圧力にする必要がある。ピン数が100で100g/本の挿入圧力を要す
るとすると、抑え圧力は10kgとなり、パッケージの破損が生じる。そこで、パッケージとフィードスルー・フランジのピンを接続する接続ソケットに、ばね等の弾性体を有する接続ソケットを用いることが重要である。この弾性体を組み込んだ接続ソケットを用いると、5〜30g/本の挿入圧力で使用でき、パッケージが損傷することなく固定でき、駆動信号や出力信号も問題なく伝達できる。また、センサを真空中で使用する場合、ガス放出が問題となる。そこで、接続用ソケットにガス抜き用の穴を形成し且つその内外に金メッキが施されているものを用いるのがよい。
Dセンサ13と回路基板113が設けられる。シールド・ブロック112には、EB−CCDセンサ13に電子ビームを入射させるためのシールド穴114が形成される。また、シールド・ブロック112の一端は、開口111の周囲を囲むように設けられたベローズ115に固定されたフィードスルー・フランジ116に連結される。回路基板113から出る配線42はフィードスルー・フランジ116のフィードスルー部117を介してカメラ118に接続される。更に、EB−CCDセンサ13を移動させてTDI検出装置12に電子ビームを入射させるためのシールド穴114′が、シールド・ブロック112の適所に形成されている。
ア145を回転させる。ギア145の回転角度はロータリー・アクチュエータ148の角度調整により可能であり、90度や180度等の所望の規定の角度のアクチュエータを使用することができる。例えば、ギア比を1:1とすると、ロータリー・アクチュエータ148の回転角度は90°でよい。このように、90回転させることにより、EB-CCDセ
ンサ13とTDI検出装置12のいずれかに電子ビームを選択的に入射させることができる。
し、同じ検査領域について他のダイの取得像と比較して欠陥の有無や種類を判定する。
真空容器MC内の動作時の圧力 1×10−6〜1×10−4Pa、
ステージ移動速度 0.1〜100mm/s
ウェーハへの照射電流密度 1×10−5〜1×10−1A/cm2、
照射電子ビームのサイズ 500×300〜10×5μmの楕円形、
倍率 10〜2000、
検出ユニットへの入射電子量 10pA〜1mA、
検出ユニットへの入射エネルギー 1〜8keV。
のズレが3%以下の範囲)で使用できるので、精度のよい画像評価が行える。特に、バッ
クグランド・ノイズを差し引くシェーディング処理等を行うと、線形性の悪いところでは処理効果が低く、逆に擬似欠陥を発生することがある。なお、検出ユニットDUの出力ではなく、画像処理システムによる画像評価値等を用いて照射電流密度を制御することもできる。画像のコントラスト、最大輝度、最小輝度、平均輝度等により照射電流密度を制御すると、安定した画像取得に効果的である。また、比較する画像の輝度やコントラストを規格化して、つまり同一条件にして、安定した画像比較を行うことも可能である。
V)とで決まり、例えば1〜3kV/mmである。そこで、レンズ160は、該レンズに
印加される電圧を調整することにより、ウェーハWの表面での電界分布を調整するために用いられる。レンズ160の電圧調整により、ウェーハWの表面での電界分布を0.1〜1kV/mmに調整することができ、放電を抑制することができる。これは、正の電界分布を弱めることにより、ウェーハWの表面から放出される電子の初期加速度を緩めて、つまり、放出電界強度を弱め、放電に寄与する電子の放出を弱くすることができるからである。
調整される。アパーチャ195で電子量が調整された電子ビームはレンズ196によって光軸に平行にされて試料SLを照射する。なお、ズームレンズ193、194に印加する電圧を調整することにより、ズーム倍率が例えば1〜200倍に変更され、試料SLを照射する電子ビームのサイズが例えば直径5〜1000μmまで制御される。
止像(CCD像又はEB−CCD像)を取得すると、規定距離だけ観察領域を移動させ、同じパターンを同様に取得する。繰り返しパターンであれば、連続する次のパターンの撮像を行う。このようにして、同じパターンの撮像を複数、通常は3枚以上取得し、得られた
象の比較を行う。比較の結果、1つだけ異なったパターン又はコントラスト等があると、
その部分を欠陥とみなす。このような検査を撮像と同時に(オンラインで)、又は検査像の撮像後に(オフラインで)行い、欠陥部位の座標と種類の分類を行う。
。なお、これには、一度に複数の静止像を取得する手法と、一枚づつ取得する手法とのいずれを用いても良い。次に、他のダイのケアエリアのランダム・パターンに移動して撮像を行う。このようにして3枚以上の静止像を取得し、対応するパターンどおしを比較し、1枚だけに存在する異常を見出すことで、パターン欠陥、ゴミ、コントラスト異常等を検
知する。この検査により欠陥の座標や欠陥の種類の分類をオンラインまたはオフラインにて行うことができる。これは、ステップ・アンド・リピートによるダイ・ツー・ダイ検査と呼ばれる。
よい。
れぞれのアライメント・マークについてズレ量を算出し、ズレ量に相対的な方向性が存在すれば(例えば、左方向に全体的にズレが大きいときは)、その補正をするように露光位置の調整を行う。このように、ステップ・アンド・リピートの機能を用いると、CCDセン
サ又はEB−CCDセンサの方がTDI検出装置に比べて分解能及びMTFが高く、画素当たりの取得電子数が多い状況で画像取得できる場合に、CCDセンサ及びEB−CCDセンサの特徴を生かして、高精度の欠陥検査、レビュー検査、位置ズレ検査等を行うことが可能である。
の主工程は、それぞれ幾つかのサブ工程を含む。
Claims (10)
- 試料表面からの電子ビームを受け取って、前記試料表面の画像データを取得する複数の検出装置を具備し、前記複数の検出装置が真空容器内に配置されている検査装置であって、
前記電子ビームを前記複数の検出装置のうちの一つに入射させるための電子偏向器を備え、
前記複数の検出装置が、前記試料表面からの電子ビームを受け取る側に配置された第1及び第2の検出装置を備え、
前記第1の検出装置は、前記電子偏向器により偏向された前記電子ビームを受け取って直接電気信号へ変換する電子センサを備え、
前記第2の検出装置は、前記試料表面の法線方向に進行する前記電子ビームを受け取って電気信号へ変換する電子センサを備えている
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項1記載の検査装置において、前記第1の検出装置の電子センサは複数の画素を有するEB−CCDセンサであり、前記第2の検出装置の電子センサは複数の画素を有するEB−TDIセンサであることを特徴とする検査装置。
- 請求項1又は2記載の検査装置において、
前記第2の検出装置が第1の真空容器内に配置され、
前記第1の検出装置が、ゲートバルブを介して前記第1の真空容器に結合された第2の真空容器内に配置されている
ことを特徴とする検査装置。 - 請求項1〜3いずれかに記載の検査装置において、前記第1及び第2の検出装置の少なくとも一方は、前記試料表面の2次電子像を拡大して前記電子センサに投影する手段を備えていることを特徴とする検査装置。
- 請求項1〜4いずれかに記載の検査装置において、該検査装置はさらに、前記電子ビームの軌道を制御する電子光学系を備えていることを特徴とする検査装置。
- 請求項5記載の検査装置において、前記電子光学系は、ノイズカット・アパーチャを備えることを特徴とする検査装置。
- 請求項5又は6記載の検査装置において、前記電子光学系は、写像投影光学系を備えることを特徴とする検査装置。
- 請求項1〜7いずれかに記載の検査装置において、前記第1の検出装置で前記電子ビームを受け取る場合と前記第2の検出装置で前記電子ビームを受け取る場合とで、電子発生源により照射される電子の前記試料表面上の照射位置は変わらないことを特徴とする検査装置。
- 請求項1〜8いずれかに記載の検査装置において、前記第1及び第2の検出装置は、前記試料表面からの前記電子ビームがこれら検出装置の検出表面に垂直に入射するように配置されていることを特徴とする検査装置。
- 請求項1〜9いずれかに記載の検査装置において、前記第1の検出装置が光軸調整等の画像調整のためのものであり、前記第2の検出装置が前記試料表面の2次元画像データを取得するためのものであることを特徴とする検査装置。
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