JP4554223B2

JP4554223B2 - 電子レンズにおいて基板のエッジの影響を低減するための方法と装置

Info

Publication number: JP4554223B2
Application number: JP2004015147A
Authority: JP
Inventors: マリアン・マンコス; デイビッド・エル・アドラー
Original assignee: ケイエルエイ−テンコーテクノロジーズ，コーポレイション
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2004-01-23
Publication date: 2010-09-29
Anticipated expiration: 2024-01-23
Also published as: US20040149906A1; US6903338B2; JP2004235149A

Description

本発明は、概して電子ビーム（ｅビーム）の方法と装置に関する。より具体的には、本発明は、半導体製造用の自動化されたｅビーム検査システムに関する。

関連出願に対する相互参照
本出願は、本発明者のマリアン・マンコス及びデイビッド・エル・アドラーによって、2003年１月30日に出願され、「Method and Apparatus for Reducing Substrate Edge Effects in Electron Lenses」と題する仮特許出願第６０／４４３，６６６号の恩典を請求しており、その開示の内容は、参照により本明細書に組み込まれる。

半導体の表面構造を微視的に検査するために、種々の方法が使用されている。これらは、半導体集積回路（ＩＣ）の製造の分野において重要な応用性を有し、この場合、表面層における微視的な欠陥により、適切に機能するＩＣと機能しないＩＣとが区別され得る。例えば、中間の絶縁層におけるホール又はバイアは、２つの外側導電層間の電気接続のために物理的コンジットを提供することが多い。これらのホール又はバイアの１つが非導電性材料で詰まった場合、この層間の電気接続は確立されない。半導体の自動検査を用いて、集積回路の製造における品質管理のレベルを保証する。
米国特許第５，９７３，３２３号明細書米国特許第４，８７７，３２６号明細書

１つのタイプの従来の検査システムは、強い均一な電界（数キロボルト／ｍｍ）と共に、結合型静電／磁気陰極対物レンズを利用する。係るシステムを用いて得られるイメージは、検査されている半導体ウエハのエッジの近くに歪みを有し、この歪みが問題であり、欠点である。

本発明の一実施形態は、基板を検査するための方法に関係する。その方法は、基板ホルダの保持場所へ基板を挿入することと、基板ホルダを電子ビームの下に移動させることと、及び基板ホルダの導電要素に電圧を印加することとを含む。導電要素に印加された電圧により、基板のエッジの影響が低減される。

本発明の別の実施形態は、基板のエッジの影響を低減する、基板を保持するための装置に関係する。その装置は、基板を挿入するための保持場所と、導電要素とを含む。導電要素は、保持場所のエッジと基板のエッジとの間のギャップ内に配置されるように位置決めされる。

本発明の別の実施形態は、半導体ウエハを検査するためのシステムに関係する。そのシステムは、ウエハホルダを電子ビームの下に移動させるための機構と、いわゆるウエハのエッジの影響を低減するための手段とを含む。ウエハのエッジの影響は、ウエハのエッジとウエハホルダのエッジとの間のギャップのサイズに依存する。

本発明によれば、電子ビームを用いて半導体ウエハ等を検査するシステムにおいて、検査中にウエハのエッジの影響を低減することが可能になる。

本発明の一実施形態によれば、自動検査システムは、半導体ウエハを電子ビームの下に連続的に移動する。係るシステムの１つは、例えば、米国カリフォルニア州サンノゼのＫＬＡテンコーコーポレーションに発行され譲渡された、Adler他による「Apparatus and Method for Secondary Electron Emission Microscope」と題する特許文献１に開示されている。この特許文献１は、参照により完全な状態で本明細書に組み込まれる。

本発明は、その歪みの重大な原因をウエハのエッジとウエハホルダとの間のギャップとして特定する。本出願人は、このギャップによりウエハのエッジ近くの静電界に不均一性又は歪みが発生することを確認した。ウエハのエッジ近くの歪んだ静電界により、エッジ近くの電子の経路が変更され、そのためイメージの歪みという結果になる。

図１Ａは、ウエハ挿入前の従来のウエハホルダ１０２を示す上面図である。従来のウエハホルダ１０２は、ウエハ１０６が挿入され得る保持場所１０４を含む。保持場所１０４は、ウエハ１０６を内部に嵌め込むことができるようにウエハ１０６よりも僅かに大きくなるような寸法公差で設計されている。

図１Ｂは、ウエハ挿入後の従来のウエハホルダ１０２を示す上面図である。ウエハ１０６が、図１Ａの保持場所１０４に挿入された状態で示される。保持場所１０４はウエハ１０６よりも僅かに大きいので、ウエハとホルダとの間のギャップ１０８がウエハ挿入後に存在する。ウエハとホルダとの間のギャップ１０８は、図１Ｂにおいて均一であるものとして示されるが、ウエハとホルダとの間のギャップ１０８は、実際には不均一である可能性が高い。この理由は、ウエハ１０６が一般に保持場所１０４の中心に正確に挿入されないからである。図１Ｃは、ウエハが保持場所の中心に置かれていない場合のウエハ挿入後の従来のウエハホルダを示す上面図である。この場合、ウエハとホルダとの間のギャップ１０８が、ウエハ１０６の円周の周りで不均一であるように示されている。

図２は、ウエハ１０６を有する従来のホルダ１０２におけるウエハのエッジが抽出電極２０２の近くに配置された場合の計算された静電等ポテンシャル曲線を示す断面図である。抽出電極２０２は、電子ビームの柱状体（column：列、円柱）の一部分である。実際には、抽出電極２０２は、入射電子がウエハ１０６に衝突する前に入射電子の速力を落とし、ウエハ１０６から離れて電子ビームの柱状体に戻るように進む散乱した電子を加速する。図２に示された静電界曲線は、抽出電極２０２とウエハホルダ１０２との間に印加された電圧の差により主として生じる。しかしながら、例示されるように、ウエハホルダ１０２とその内部に挿入されたウエハ１０６との間のギャップにより、ウエハのエッジ近くの静電界に歪み又は摂動が生じる。上述のように、この歪みにより、ウエハのエッジ近くの電子の経路が変更され、そのためエッジ近くに望ましくないイメージの歪みが結果として生じる。

図３Ａは、本発明の実施形態に従って、リング３０４を組み込む前の改良されたウエハホルダ３０２（以降、改良型ウエハホルダ又は改良型ホルダと称する）を示す上面図である。リングを組み込む前の保持場所３０３は、従来のホルダ１０２の保持場所１０４よりも僅かに大きくなるように形成される。この理由は、内部に組み込まれるべきリング３０４の場所を作成するためである。

図３Ｂは、本発明の実施形態に従って、ウエハ挿入前にリング３０４を備えた改良型ウエハホルダ３０２を示す上面図である。ウエハホルダ３０２はリング３０４を含む。リング３０４は、一般に改良型ホルダ３０２の電圧と異なる電圧を保持することができる導電性リングである。改良型ホルダ３０２において、リング３０４は、ウエハ１０６が挿入されるべき新しい保持場所３０６を囲む。即ち、新しい保持場所３０６はリング３０４の内側である。改良型ホルダ３０２の新しい保持場所３０６は、標準的なサイズのウエハ１０６が内部に嵌め込まれ得るように、対応する従来のホルダ１０２の保持場所１０４と同じサイズであるべきである。即ち、新しい保持場所３０６は、ウエハ１０６を内部に嵌め込むことができるようにウエハ１０６よりも僅かに大きくなるような寸法公差で設計される。

図３Ｃは、本発明の実施形態に従って、ウエハ挿入後のリング３０４を備えた改良型ウエハホルダ３０２を示す上面図である。ウエハ１０６は、図３Ｂの新しい保持場所３０６へ挿入されて示される。このように、ウエハ１０６とウエハホルダ３０２との間のギャップには、リング３０４が含まれる。ウエハとウエハホルダとの間のギャップは、図３Ｃにおいて均一であるように示されるが、実際には不均一である可能性が高い。この理由は、一般にウエハ１０６が新しい保持場所３０６の中心に正確に挿入されないからである。更に後述するように、有利には、本発明の実施形態によるｅビーム検査中に、リング３０４を用いてウエハのエッジの影響を低減することができる。

図４は、本発明の実施形態に従って、改良型ホルダ３０２のウエハのエッジが抽出電極２０２の近くに配置された場合の計算された静電等ポテンシャル曲線を示す断面図である。断面図は、ウエハ１０６のエッジとリングを組み込む前の保持場所３０３との間のギャップ４０４内に導電性リング３０４を有するように構成された改良型ホルダ３０２を示す。即ち、ウエハ１０６はホルダ３０２のリング３０４の内側にある。

一実施形態において、導電性リング３０４は、絶縁リング又は複数の絶縁ポスト（支持体）４０２により支持され得る。支持体４０２は、ホルダの基部又は主要部の上にリングを位置決めし、その基部からリングを絶縁する。好適には、ポスト４０２は、ウエハ１０６とホルダ３０２の上面と同一平面にあるようにリング３０４の上部を位置決めする。好適には、３つ又は４つ、あるいはそれ以上のポストが使用され、ポストはリングの安定した支持のために十分に離れて間隔をおいて配置される。代案として、ポストの代わりに、ホルダの基部の上にリングを支持して絶縁するために他の構造体が使用されてもよい。

有利には、ウエハのエッジ上の静電界の歪みを低減するために、ホルダの基部を基準とした電圧差をリング３０４に印加することができる。ホルダの基部はウエハ１０６と電気的な接触状態にあるので、これにより、リング３０４とウエハ１０６との間に電圧差が生じる。リング３０４に印加されるバイアス電圧は、例えばホルダの基部から絶縁された導電ワイヤ（図４には示されない）でもって印加され得る。一実施形態において、ワイヤは、ポスト４０２内に組み込まれるか、又はポスト４０２に取り付けられ得る。代案として、ワイヤは、ポスト４０２から独立していてもよい。ワイヤ又は他の導電機構は、リング３０４を可変電源に結合する。

例えば、１つの特定の場合では、−４４０Ｖの電圧差（この場合、リング３０４はウエハよりも低い電圧であり、ウエハは−３０ｋＶにバイアスされている）を用いて、ウエハのエッジ近くの静電界を有効に均一に出すように歪みを実質的に低減する。係る場合に関して計算された静電界曲線が、図４に示される。図４の電界曲線は、図２の従来の電界曲線と比較してウエハのエッジに対して有利により均一に出るように示される。

ウエハのエッジ近くの歪みを最小限に抑えるための実際の電圧差は、ウエハとホルダとの間のギャップ４０４のサイズに依存し、利用される特定のｅビームシステムの機構とパラメータにも依存する。ウエハ１０６は保持場所３０６の中心に配置されない可能性があるので、ギャップ４０４のサイズはウエハ１０６の円周の周りの異なる箇所で変化する可能性がある。従って、歪みを最小限に抑えるための電圧差は、ウエハのエッジの周りの異なる箇所で変化する。

図５は、本発明の実施形態によるウエハのエッジの影響を低減する方法を示す流れ図である。ウエハ１０６は、リング３０４内の保持場所３０６へ挿入される（５０２）。次いで、恐らく幾つかの介在するプロセスステップでもって、ウエハ１０６を備えるウエハホルダ３０２が、ｅビームの下に移動される（５０４）。もちろん、ウエハが検査のためにｅビームの下にある期間は、エッジの影響の低減が有利に達成される時間である。

本発明の実施形態によれば、ｅビームは、一度にウエハ１０６の一部分のみを照射する。そういうものだから、ウエハのエッジのセクションのみが一度に照射される。ウエハのエッジの各セクションは、エッジセクション間で変化する可能性がある、対応するウエハとホルダとの間のギャップ４０４を有する。従って、判定５０６は、現時点でビームの下にあるエッジセクションのウエハとホルダとの間のギャップ４０４に関して行われ得る。例えば、ギャップ４０４は、ｅビームによって照射される前に光学的に測定され得るか、又はギャップ４０４は、電子イメージの予備的な解析により測定され得る。また、他の手段を用いてギャップ４０４を測定することもできる。代案として、図６と図７に関連して後述するように、ウエハ１０６のギャップ４０４は、円周上で位置の所定の関数となるように事前設定され得る。ｅビーム下のギャップ４０４の求められたサイズを用いて、補償電圧が決定されてリング３０４に印加される（５０８）。本発明の特定の実施形態によれば、印加される補償電圧は、局所的なギャップの幅に比例する。印加される補償電圧を用いることにより、静電界の歪みに起因するエッジの悪影響なしに、電子イメージデータを得ることができる（５１０）。

図６は、本発明の実施形態による別の改良型ウエハホルダ３０２を示す上面図である。この場合のホルダ３０２は、ウエハとホルダとの間の所定のギャップ６０４を達成するための機構を使用する。図示された例において、使用される機構は可動ピン６０２である。ピン６０２は、非導電性とすることができ、又はリング３０４から絶縁されて、好適にはリング３０４の下に適合することができる。図７に関連して更に後述するように、ウエハ１０６がホルダ３０２内に配置された後に、ホルダ３０２内の所定位置へウエハを移動するように、ピンが駆動される。これにより、ウエハとホルダとの間のギャップ６０４のサイズが所定の関数になるという結果になる。この場合、所定の関数は、それがウエハ１０６の円周の周りで変化するという点で一様ではない。例示された特定の実施形態において、ギャップ６０４のサイズは、ピン６０２の真向かい側で最も小さく、ピン６０２の近くで最も大きい。留意すべきは、係るピン６０２を使用する場合、ピン６０２自体の存在により、その近くの静電界に影響を与える可能性があり、そのため、ビームがピン６０２の近くにある場合にリング３０４に印加される電圧は、それに従って調整される必要がある。

図７は、本発明の実施形態によるウエハのエッジの影響を低減する別の方法を示す流れ図である。ウエハ１０６は、リング３０４内の保持場所３０６へ挿入される（５０２）。次いで、恐らく幾つかの介在するプロセスステップでもって、ウエハ１０６は、保持場所３０６内の所定位置へ配置される（５０４）。例えば、図６に関連して上述したように、ピン６０２を用いてウエハ１０６を所定位置へ配置することができる。ウエハ１０６が保持場所３０６内の所定位置にあるので、ウエハとホルダとの間のギャップ６０４のサイズは、ウエハ１０６の円周上で位置の所定の関数になる。

所定の位置が確立された後に、ウエハ１０６を備えたホルダ３０２は、ｅビームの下に移動される（５０４）。もちろん、ウエハが検査のためにｅビームの下にある期間は、エッジの影響の低減が有利に達成される時間である。本発明の実施形態によれば、ｅビームは、一度にウエハ１０６の一部分のみを照射する。そういうものだから、ウエハのエッジのセクションのみが一度に照射される。ウエハのエッジの各セクションは、上述した所定の関数によって決定される、対応するウエハとホルダとの間のギャップ４０４を有する。従って、ひとたび特定のエッジセクションがｅビームの下に置かれると、そのエッジセクションの所定のギャップサイズに関する所定の補償電圧が印加され得る（７０６）。

ｅビームの下にあるギャップ４０４の所定のサイズを用いることにより、所定の補償電圧がリング３０４に印加され得る（５０８）。印加される所定の補償電圧を用いることにより、静電界の歪みに起因するエッジの悪影響なしに、電子イメージデータを得ることができる（５１０）。

上述の実施形態に対する代案として、ｅビーム下における１つ又は複数のキャリブレーションの走行を用いて、印加するための適切な補償電圧を決定する。係るキャリブレーションの走行は、追加の処理ステップであるという点で有利である。しかしながら、それらは、動作条件を変更する可能性があるにもかかわらず、適切な補償電圧を正確に決定するという点で有利である。

本発明の好適な実施形態によれば、ウエハ１０６を有する改良型ホルダ３０２は、ウエハの検査中、ｅビームの下に連続的に移動され得る。これは、有利には検査のプロセスを早める。係るシステムは、時間遅延積分（time delay integrating：ＴＤＩ）の電子検出器を利用することができる。類似のＴＤＩ光学検出器の動作が、ＫＬＡインスツルメントコーポレーションに発行されて譲渡された、Chadwick他による「Method and Apparatus for Optical Inspection of Substrates」と題する特許文献２に開示されている。特許文献２の開示内容は、参照により本明細書に組み込まれる。イメージ情報は、「背面薄型」ＴＤＩ電子検出器から直接的に処理され得るか、又は電子ビームが光ビームへ変換されてオプションの光学システム及びＴＤＩ光学検出器を用いて検出され得る。ＴＤＩ電子検出器を用いることに対する１つの代替として、係る検査システムは、カメラタイプの検出器を利用することができる。

上述した図面は、必ずしも一定の縮尺ではなく、例示することを意図しており、特定の実施形態に限定することは意図していない。上述した発明は、自動検査システム又は検閲システムで使用されることができ、ウエハ、Ｘ線マスク、及び製造環境における類似の基板の検査又は検閲に適用され得る。本発明の主な用途は、ウエハ、光学マスク、Ｘ線マスク、電子ビーム近接マスク、及びステンシルマスクの検査用又は検閲用であると予想されるが、本明細書に開示された技術は、他のサンプルの高速電子ビームイメージングに適用可能である。

上述の説明において、本発明の実施形態に関する完全な理解を提供するために、多くの特定の細部が与えられている。しかしながら、本発明の例示された実施形態に関する上述の説明は、網羅的であるように、又は本発明を開示されたそのものずばりの形態に限定することを意図していない。関連技術に精通する者であれば、本発明が、１つ又は複数の特定の細部を用いずに、又は他の方法、構成要素等を用いて実施され得ることは、認識されるであろう。また、良く知られた構造又は動作は、本発明の態様を不明瞭にするのを避けるために、詳細に図示されたり、又は説明されない。関連技術に精通する者が認識するように、本発明の特定の実施形態、及び本発明のための例は、例示の目的のために本明細書で説明され、種々の等価な変更は、本発明の範囲内にあると考えられる。

これらの変更は、上記の詳細な説明に鑑みて本発明に対して行われ得る。添付の特許請求の範囲で使用される用語は、明細書及び特許請求の範囲に開示された特定の実施形態に本発明を限定すると解釈されるべきではない。それどころか、本発明の範囲は、クレイムの解釈の確立された原則に従って解釈されるべきである添付の特許請求の範囲によって決定されるべきである。

ウエハ挿入前の従来のウエハホルダを示す上面図である。ウエハ挿入後の従来のウエハホルダを示す上面図である。ウエハが保持場所の中心に置かれていない場合のウエハ挿入後の従来のウエハホルダを示す上面図である。ウエハを有する従来のホルダにおけるウエハのエッジが抽出電極の中心の近くに配置された場合の計算された静電等ポテンシャル曲線を示す断面図である。本発明の実施形態に従って、リングを組み込む前の改良型ウエハホルダを示す上面図である。本発明の実施形態に従って、ウエハ挿入前にリングを備えた改良型ウエハホルダを示す上面図である。本発明の実施形態に従って、ウエハ挿入後のリングを備えた改良型ウエハホルダを示す上面図である。本発明の実施形態に従って、改良型ホルダのウエハのエッジが抽出電極の中心の近くに配置された場合の計算された静電等ポテンシャル曲線を示す断面図である。本発明の実施形態によるウエハのエッジの影響を低減する方法を示す流れ図である。本発明の実施形態による別の改良型ウエハホルダを示す上面図である。本発明の実施形態によるウエハのエッジの影響を低減する別の方法を示す流れ図である。

符号の説明

106 ウエハ
302 改良型ウエハホルダ
303 リングを組み込む前の保持場所
304 導電性リング
306 リング内側の新しい保持場所
402 絶縁リング、又は絶縁ポスト（支持体）
404 ギャップ

Claims

基板を検査するための方法であって、
基板ホルダの保持場所へ前記基板を挿入し、
電子ビームの下に前記基板ホルダを移動させ、及び
導電性リングが前記挿入された基板の周りに存在するように、前記保持場所内に構成された前記導電性リングに電圧を印加することを含み、
前記導電性リングが前記基板から絶縁されている、方法。
前記導電性リングに印加される電圧が、前記基板の外側エッジと前記保持場所の内側エッジとの間のギャップサイズに依存する、請求項１の方法。
電子ビームの下に前記基板ホルダを移動する際に、前記ギャップサイズを求めることを更に含む、請求項２の方法。
前記保持場所内の所定位置へ前記基板を配置することを更に含む、請求項１の方法。
前記導電性リングに印加される電圧は、基板ホルダのどの部分が現時点で電子ビームの下にあるかによって決まる、請求項４の方法。
前記基板の外側エッジ近くの電子イメージの歪みを低減するために印加するための電圧の関数を決定するためにキャリブレーションの走行を行うことを更に含む、請求項１の方法。
前記移動させることが、連続的である、請求項１の方法。
時間遅延積分検出器を用いて散乱した電子を検出することを更に含む、請求項７の方法。
基板の外側エッジ近くの電子イメージの歪みを低減する、基板を保持するための装置であって、
前記基板を挿入するための保持場所と、及び
前記保持場所の内側エッジと前記基板の外側エッジとの間のギャップ内に配置されるように位置決めされた導電性リングとを備え、
前記導電性リングが前記基板から絶縁されている、装置。
前記基板の外側エッジが円形の外側エッジからなり、前記保持場所の内側エッジが円形の内側エッジからなる、請求項９の装置。
前記導電性リングを支持するための少なくとも１つの絶縁要素を更に含む、請求項９の装置。
前記導電性リングに電圧を印加するための電源と導電機構とを更に含む、請求項１１の装置。
前記印加される電圧が可変であり、前記ギャップのサイズに依存する、請求項１２の装置。
前記装置がウエハホルダからなり、前記基板が半導体ウエハからなる、請求項９の装置。
半導体ウエハを検査するためのシステムであって、
電子ビームの下にウエハホルダを移動させるための機構と、
前記ウエハが前記ウエハホルダ内に配置された場合に、前記ウエハホルダの内側エッジと前記ウエハの外側エッジとの間のギャップと、
前記ギャップ内に構成された導電性リングとを備え、
前記導電性リングが前記ウエハ及び前記ウエハホルダから絶縁されている、システム。
前記導電性リングに電気結合された可変電源を更に含む、請求項１５のシステム。