JP3500264B2 - 試料分析装置 - Google Patents
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Description
試料を物理分析あるいは化学分析するためのEDX(エ
ネルギ−分散型X線分析装置)付き走査型電子顕微鏡
(SEM)やレ−ザ質量分析装置などのような試料分析
装置に関する。
製造が挙げられる。半導体製造においては、ウエハ上の
付着異物が歩留まりを左右する最大要因の一つである。
付着異物低減の対策を立案し、実施するためには、異物
の発生源を究明することが必須となる。異物発生源を突
き止めるためには、異物組成情報を獲得することが有効
な武器となる。異物の組成分析には、EDX付きSEM
が広く用いられている。EDX付きSEMを用いてウエ
ハ上異物の組成分析を行うときは、例えば、次のような
手順でこれを行う。
ェハの一枚は、ウェハのオリエンテ−ションフラットを
基準としてプリアライメントされる。プリアライメント
は、ウエハの結晶方向をXY−ステ−ジの移動方向に合
わせる操作である。プリアライメント後、ウェハは真空
に保持された試料室内のXY−ステ−ジ上に搬送され、
搭載される。XY−ステ−ジ上に装填されたウェハは、
試料室の上面に装着された光学顕微鏡を用いてアライメ
ントされる。アライメントは、ウエハ上に形成されたパ
タ−ンの座標系とステ−ジ座標系との補正を行う操作で
ある。具体的には、ウェハ上に形成されたアライメント
パタ−ンの数百倍程度に拡大された光学顕微鏡像を予め
登録されているアライメントパタ−ンの参照用画像と比
較し、参照用画像と丁度重なるようにステ−ジ位置座標
を補正する。アライメント後、分析所望の異物位置にウ
ェハをステ−ジ移動する。異物位置に移動した後、電子
ビ−ムを照射し、X線スペクトルを形成し、表示する。
X線スペクトルを観測しながら、観測者が自分のもって
いる知識、情報と照らし合わせて、異物の組成判定、同
定を行う。
り方では、オペレ−タである観測者がエキスパ−トでな
い場合、組成判定基準が曖昧であるため、異物同定結果
に信頼性がなく、分析時間もかかる。
かかわらず正確、確実かつ迅速に異物同定を行うのに適
した試料分析装置を提供することにある。
は、試料を分析してそのスペクトルを生成する試料分析
装置であって、参照用スペクトルをライブラリとして予
め登録しておき、その登録された参照スペクトルを読出
して、前記生成されたスペクトルと比較し、その結果そ
の生成されたスペクトルと同一と推定される参照スペク
トルを選択するように構成したことを特徴とする。
置としてのEDX付きSEMの一実施例の基本構成構成
を示す。電子銃1から放出された電子ビ−ム2は、収束
レンズ3および対物レンズ4によって細く絞られ、試料
であるウェハ5の面上に焦点を結ぶ。同時に、電子ビ−
ム2は偏向器6によって軌道を曲げられ、該ウェハ面上
を二次元あるいは一次元走査する。
分からは二次電子7や特性X線14が放出される。二次
電子7は、二次電子検出器8によって検出され、電気信
号に変換された後、増幅などの処理を受ける。処理後の
電気信号はディスプレィ9を輝度変調あるいは振幅変調
するために使われる。ディスプレィ9は、電子ビ−ム2
のウェハ面上走査と同期して走査されており、二次元走
査し、輝度変調すれば試料像(SEM像)が、一次元走査
し、振幅変調すればラインプロファイルがそれぞれディ
スプレイ上に形成される。
って検出後、エネルギ分析され、ディスプレィ9上には
特性X線スペクトルが形成される。この手法をエネルギ
分散型X線分析(EDX)という。
2に示す。ウェハカセット10から、被測定ウェハの一
枚5が取り出される(1)。ウェハ5はプリアライメン
トされると同時に、ウェハ上に形成されたウェハ番号
が、図示されていないウェハ番号読取り器によって読取
られる(2)。ウェハ番号は各ウェハに固有のものであ
る。読取られたウェハ番号をキ−にして、予め登録され
ていた、このウェハに対応するレシピが読出される
(3)。レシピは、このウェハの分析手順や分析条件を
定めたものである。以降の操作は、このレシピに従っ
て、自動的あるいは半自動的に行われる。以下は、半自
動操作の場合について述べる。
保持された試料室11内のXY−ステ−ジ12上に搬送
され、搭載される(4)。XY−ステ−ジ12上に装填
されたウェハ5は、試料室11の上面に装着された光学
顕微鏡13を用い、アライメントされる(5)。アライ
メントは、ウェハ5上に形成されたアライメントパタ−
ンの数百倍程度に拡大された光学顕微鏡像を、レシピに
付属して、予め登録されているアライメントパタ−ンの
参照用画像と比較し、参照用画像と丁度重なるように、
ステ−ジ位置座標を補正することによって行われる。
予め登録されているウェハマップが読出され、ディスプ
レイ上に表示される(6)。ウェハマップには、このウ
ェハ上に存在する異物の位置や大きさが示されている。
ウェハマップ表示後、オペレ−タはウェハマップ上に示
された異物の中から、分析したい異物を指定する
(7)。分析異物が指定されると、被測定ウェハ5は、
指定の異物が電子ビ−ム直下に来るようにステ−ジ移動
される(8)。その後、走査電子ビ−ムが指定異物上に
照射され、SEM像が形成される。SEM像は、アライ
メント操作と同様に、予め登録されていた、指定分析点
に対応する参照用SEM画像と比較され、参照用SEM
画像と丁度重なり合うように、指定異物の精密な位置決
めが行われる(9)。位置決めは、例えば、電子ビ−ム
の走査領域を微調整することによって行われる。
ぼ画面中央に位置する。この状態で、指定異物上に電子
ビ−ムを一点照射し、放出された特性X線を検出する。
検出X線のスペクトルはディスプレイ上に表示される
(10)。一方、検出X線のスペクトルは、そのピ−ク
位置、ピ−ク高さ順が予めライブラリとして登録されて
いる参照用スペクトルと比較され、同一と推定される参
照用スペクトルがリストアップされる(11)。
A部に示すようなハ−ド構成を用いる。プロセッサ21
を用いて、検出X線スペクトルと参照用スペクトルとの
突合せ(重ね合わせ)が行われる(12)。検出X線ス
ペクトルとメモリ22から読み出された参照用スペクト
ルは、図3に示すように、スペクトル高さを変えながら
そのスペクトル位置を比較、突き合わせられる。
その付帯情報とともに、ディスプレイ上に同時表示され
る。付帯情報は、そのスペクトルに該当する物質名や該
物質の使用されている工程名・装置名のような試料条件
などである。付帯情報は参照用スペクトルおよびピ−ク
位置、高さ順のテ−ブルとともに、メモリ22内に格納
されている。
がある。観測ウエハの現在の工程名や処理装置の来歴な
ど、観測ウエハの付帯情報を入力することにより、同一
と推定されるスペクトルの数を更に絞り込むことができ
る。
の場合、観測スペクトルと同一と推定される参照用スペ
クトルとの突合せを行う。突き合わせ表示すれば、操作
者による同一スペクトルの絞り込みが容易となる。突き
合わせ表示に際しては、二つのスペクトル間の比較、差
異判別を容易にするため、例えば、両者の差異部分を赤
色とするように色別表示する。
易とするため、レシピに付属した情報として、該異物に
対応する、光学顕微鏡像や集束イオンビ−ム像、各種分
析デ−タなどをファイルしておく。分析時、これ等の画
像や分析デ−タを参考用として読出し、合わせて表示す
ることも可能である。
が再度ディスプレイ上に表示される。オペレ−タは、ウ
ェハマップの指定異物上に、分析終了および分析結果な
らびに選択結果を入力して表示し、分析結果の詳細を分
析デ−タベ−スにファイルすなわち格納する。
らに分析をしたい異物が残っていれば、ウェハマップ上
で新しい異物を指定し、図2中、指定異物位置移動後の
操作を繰返して行う。
終わる。ウェハカセットの中に複数の被分析ウェハが残
っている場合には、次のウェハをウェハカセットから取
り出し、図2の分析手順に従って、繰返し分析を行う。
示された異物すなわち分析点を指定しながら作業を進め
る方法を示したが、予め指定された分析点に機械的に移
動し、順次分析していくような自動分析の方法を採って
もよい。
トルを選択した後、観測スペクトルと同時表示させ、異
物同定の確認作業を行っているが、同時表示による確認
を省き・以降の作業を自動的に進めるようにしてもよ
い。
加登録したり、再登録することが可能である。
前に予め登録されていたスペクトルを用いたが、例え
ば、観測スペクトルがいずれの参照用スペクトルとも合
致せず、新しい物質と考えられるような場合や、観測ス
ペクトルが従来の参照用スペクトルに比べ、参照スペク
トルとしてより適している場合には、その観測スペクト
ルを参照用スペクトルに追加あるいは再登録する。新規
に登録したスペクトルは、仮に物質名が分からないとし
ても、以降の分析結果を分類するために使用することが
できる。
を採取する場合について示したが、一つの異物で複数の
スペクトルを収集するようにしてもよい。異なる電子ビ
−ム照射条件や異なる測定個所のデ−タが欲しい場合な
どに対応する。
線を用いた場合で、チャ−ジアップが飽和するまでに時
間がかかるような試料については、荷電粒子線を所定の
時間照射した後、観察画像を取り込むようにするとよ
い。
時表示について、一ディスプレイ上を分割して表示する
ようにしてもよいが、それぞれ別のディスプレイ上に表
示しても構わない。
た後、高倍率SEM像で位置決めする方法を示したが、
代わりに 指定異物を高倍率SEM像で直接探しにい
き、指定異物を見つけられないときには、周辺をサ−チ
し異物探索する機能を持たせてもよい。
Y−ステ−ジの代りに、XYT(Tは傾斜を表す)−ス
テ−ジを用いれば、パタ−ン側壁に付着した異物などの
分析が容易となる。
して示したが、ベアウェハ上に付着した異物を分析する
ことも可能である。この場合、分析異物の位置決めには
上述の周辺サ−チ法を用いる。
い。特に試料に対する制約は無く、撮像デバイスや表示
デバイス用のウェハであってもよいし、ウェハ以外の試
料形状であっても構わない。
成を用いたが、代りに、イオンビ−ムや光ビ−ムによる
物理分析手段を用いても良いし、原子吸光法や質量分析
法などの化学分析手段を用いても良い。
たが、代りに、結像光学系によって形成された画像を用
いることも可能である。
施例によれば、オペレ−タの知識、伎倆にかかわらず、
正確、確実かつ迅速に異物同定を行うことができる。
とにより、分析物質の同定だけではなく、発生場所、時
期などの究明も容易かつ迅速に行える。
倆にかかわらず正確、確実かつ迅速に異物同定を行うの
に適した試料分析装置が提供される。
きSEMの一実施例の基本構成構成図。
図。
明図。
物レンズ、5:ウェハ、6:偏向コイル、7:二次電
子:8:二次電子検出器、9:ディスプレイ、10:ウ
ェハカセット、11:試料室、12:XY−ステ−ジ、
13:光学顕微鏡、21:プロセッサ、22:メモリ。
Claims (3)
- 【請求項1】半導体ウエハ上の異物に電子線を照射し、
当該異物から放出されるX線を検出してそのスペクトル
を生成する試料分析装置であって、参照用スペクトルを
ライブラリとして予め登録しておき、その登録された参
照スペクトルを読出して、前記生成されたスペクトルと
比較し、その結果その生成されたスペクトルと同一と推
定される複数の参照スペクトルを選択し、前記半導体ウ
エハの現在の工程名、或いは前記半導体ウエハの処理装
置の来歴を入力することにより前記生成されたスペクト
ルに同一と推定される前記参照スペクトルの数を更に絞
り込むように構成したことを特徴とする試料分析装置。 - 【請求項2】前記生成されたスペクトル及び前記選択さ
れた参照スペクトルを同時に表示するように構成したこ
とを特徴とする請求項1に記載された試料分析装置。 - 【請求項3】前記生成されたスペクトル及び前記選択さ
れた参照スペクトルを同時に重ね合わせ表示するように
構成したことを特徴とする請求項1に記載された試料分
析装置。
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