JP7130127B2 - 荷電粒子ビーム装置内のウェーハを熱調節するためのシステム及び方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置内のウェーハを熱調節するためのシステム及び方法 Download PDF

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Description

関連出願の相互参照
[0001] 本出願は、２０１８年１１月６日に出願された米国特許出願第６２／７５６，４８３号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
[0002] 本明細書で提供される実施形態は、荷電粒子ビーム検査装置、より詳細には、ウェーハの温度を予め調節するための熱調節ステーションを含む粒子ビーム検査装置を開示する。
[0003] 半導体集積回路（ＩＣ）チップを製造する際、製造プロセスの間にウェーハ又はマスク上にパターン欠陥又は招かれざる粒子（残留物）が不可避的に発生し、それによって歩留まりが低下する。例えば、招かれざる粒子は、ＩＣチップの一段とより高度化した性能要件を満たすために採用されてきた、重要フィーチャ寸法がより小さなパターンにとって、問題となり得る。
[0004] 荷電粒子ビームを用いたパターン検査ツールを使用して、欠陥又は招かれざる粒子を検出してきた。これらのツールは通常、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）を採用している。ＳＥＭでは、比較的高いエネルギーを有する一次電子のビームを減速させて、比較的に低いランディングエネルギーでサンプルに入射させ、集束させてサンプル上にプローブスポットを形成する。一次電子のこの集束したプローブスポットに起因して、表面から二次電子が生成される。二次電子には、一次電子とサンプルとの相互作用から生じる、後方散乱電子、二次電子、又はオージェ電子が含まれることがある。サンプル表面にわたってプローブスポットをスキャンさせ二次電子を収集することにより、パターン検査ツールはサンプル表面の画像を取得することができる。
[0005] 検査ツールの動作中、ウェーハは通常、ウェーハステージにより保持される。検査ツールは、ウェーハステージ及びウェーハを電子ビームに対して位置決めするためのウェーハ位置決めデバイスを含むことがある。このウェーハ位置決めデバイスは、ウェーハ上のターゲットエリア、例えば、検査すべきエリアを電子ビームの動作範囲内に位置決めするために使用されることがある。
[0006] 本明細書で提供される実施形態は、荷電粒子ビーム検査装置、より詳細には、ウェーハの温度を予め調節するための熱調節ステーションを含む粒子ビーム検査装置を開示する。
[0007] いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム装置を使用してウェーハの温度特性を決定するための方法が提供される。ウェーハは、複数の構造を含むことがある。方法は、荷電粒子ビーム装置を用いてウェーハをスキャンしてウェーハ上の複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することを含むことがある。方法はまた、複数の構造の１つ又は複数の特性を分析することを含むことがある。方法は、複数の構造の１つ又は複数の特性の分析に基づいて温度特性を決定することを更に含むことがある。
[0008] いくつかの実施形態では、熱調節ステーションを備えた荷電粒子ビーム装置を調整するための方法が提供される。方法は、荷電粒子ビーム装置を用いてウェーハステージ上のウェーハをスキャンしてウェーハ上の複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、複数の構造の１つ又は複数の特性を分析することとを含むことがある。方法はまた、複数の構造の１つ又は複数の特性の分析に基づいてウェーハの温度特性を決定することを含むことがある。方法は、温度特性に基づいて熱調節ステーションを調整することを更に含むことがある。
[0009] いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム装置は、ウェーハ温度を予め調節するように構成された熱調節ステーションと、ウェーハステージ上のウェーハの１つ又は複数の画像を生成するための粒子ビーム撮像ツールとを含むことがある。荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム装置に様々なステップを実施させるための回路を有するコントローラを更に含むことがある。ステップは、粒子ビーム撮像ツールを用いてウェーハをスキャンしてウェーハ上の複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、複数の構造の１つ又は複数の特性を分析することとを含むことがある。ステップはまた、複数の構造の１つ又は複数の特性の分析に基づいてウェーハの温度特性を決定することと、温度特性に基づいて熱調節ステーションを調整することとを含むことがある。
[0010] 本発明の他の利点が、添付の図面と併せて解釈される以下の説明から明らかになるであろう。添付の図面には、図示及び例示の目的で、本発明の特定の実施形態が記載されている。
[0011] 本開示の上記の及び他の態様が、添付の図面と併せて解釈される例示的な実施形態の説明により、一層明らかになるであろう。
[0012]荷電粒子ビーム検査システムでの例示的なウェーハ変形効果を図示する概略図である。 [0013]本開示の実施形態と一致した、例示的な荷電粒子ビーム検査システムを示す概略図である。 [0014]本開示の実施形態と一致した、図１Ｂの荷電粒子ビーム検査システムでの例示的なウェーハ装填シーケンスを図示する概略図である。 [0015]本開示の実施形態と一致した、例示的な電子ビームツールを示す概略図である。 [0016]荷電粒子ビーム検査システムにおけるウェーハ温度の経時変化を示す例示的なグラフである。 [0017]本開示の実施形態と一致した、熱調節ステーションを備えた例示的な荷電粒子ビーム検査システムの概略図である。 [0018]本開示の実施形態と一致した、熱調節プロセスの温度セットポイントに関連するウェーハ温度の経時変化を示す例示的なグラフである。 [0018]本開示の実施形態と一致した、熱調節プロセスの温度セットポイントに関連するウェーハ温度の経時変化を示す例示的なグラフである。 [0019]本開示の実施形態と一致した、複数の構造を備えたウェーハの例示的な画像を図示する概略図である。 [0019]本開示の実施形態と一致した、複数の構造を備えたウェーハの例示的な画像を図示する概略図である。 [0020]本開示の実施形態と一致した、ウェーハの温度を調節するための例示的な方法を図示するフローチャートである。
[0021] ここで、例示的な実施形態を詳細に参照する。これらの実施形態の例が、添付の図面に示されている。以下の説明は添付の図面を参照し、異なる図面中の同じ番号は、特に断りの無い限り、同じ又は同様の要素を表す。例示的な実施形態の以下の説明文中に記載される実装は、本発明と一致する全ての実装を表すものではない。その代わり、それらは、添付の特許請求の範囲に列挙されるような本発明に関連する態様と一致する装置及び方法の単なる例にすぎない。
[0022] デバイスの物理的大きさの小型化と同時に、ＩＣチップ上のトランジスタ、キャパシタ、ダイオードなどの回路コンポーネントの実装密度を大幅に増加させることにより、電子デバイスの向上した演算能力を達成することができる。例えば、親指の爪の大きさである、スマートフォンのＩＣチップは、２０億個を超えるトランジスタを含むことがあり、各トランジスタの大きさは、人間の髪の毛の１／１０００よりも小さい。したがって、当然ながら、半導体ＩＣの製造は、数百にのぼる個別ステップを含む、複雑で時間がかかるプロセスである。たった１つのステップでの誤差が、最終製品の機能に大きな影響を及ぼす可能性がある。たった１つの「キラー欠陥」がデバイス障害の原因となる可能性がある。製造プロセスの目標は、プロセスの全体的歩留まりを向上させることである。例えば、７５％の歩留まりを得るための５０ステップのプロセスの場合、各個別のステップは９９．４％よりも高い歩留まりを有さなければならず、個別ステップの歩留まりが９５％の場合、プロセス全体の歩留まりは７％まで低下する。
[0023] ＩＣチップ製造設備では高いプロセス歩留まりが望ましいが、１時間当たりのウェーハ処理枚数として定義される、高いウェーハスループットを維持することも不可欠である。高いプロセス歩留まり及び高いウェーハスループットは、特に欠陥を観察するためにオペレータの介入が必要な場合、欠陥の存在により影響を受ける可能性がある。したがって、高歩留まり及び低コストを維持するためには、検査ツール（ＳＥＭなど）によりミクロ及びナノサイズの欠陥を高スループットで検出及び特定することが不可欠である。
[0024] ＳＥＭは、電子の集束ビームを用いてウェーハの表面をスキャンする。電子はウェーハと相互作用し、二次電子を生成する。電子ビームを用いてウェーハをスキャンすることにより、且つ検出器を用いて二次電子を捕捉することにより、ＳＥＭは、検査されるウェーハのエリアの内部デバイス構造を示すウェーハの画像を生成する。
[0025] 従来の検査システムに関する問題の１つは、スキャンされているウェーハの形状又はサイズがスキャンの進行中に変化し得ることである。例えば、ウェーハが検査プラットフォーム上に配置されたときに、ウェーハの温度は、プラットフォームの温度と異なる可能性がある。この温度差によりウェーハの温度ドリフト（例えば、ウェーハの温度が、通常は検査システムの温度付近の、安定点に向かって徐々に且つ連続的に変化する）が発生することがあり、それによって、ウェーハの形状又はサイズの変化がもたらされる。ウェーハの温度が上昇するとウェーハが膨張し、ウェーハの温度が低下するとウェーハが収縮する。こうしたウェーハの形状又はサイズの変化は、不正確な検査結果の原因となる可能性がある。
[0026] それゆえ、従来の粒子ビーム検査システムを使用してウェーハを検査しているオペレータは、検査を開始する前に、ウェーハの温度が安定化されるのを待つ必要がある。この温度安定化が必要となるのは、温度が変化するにつれてウェーハのサイズが変化し、これによって、ウェーハが膨張又は収縮するときにウェーハ上の要素が移動するからである。例えば、図１Ａは、温度変化に起因してウェーハ１６０が膨張したときに、要素１８０、１８２、１８４、及び１８６が新たな位置１７０、１７２、１７４、及び１７８に移動する可能性があることを示している。また、ウェーハを検査する精度がナノメートル単位である場合、この位置の変化は重要である。よって、オペレータがウェーハ上の要素の位置を的確に特定して検査するために、オペレータは、ウェーハ温度が安定するまで待たなければならない。それゆえ、高スループット検査の場合、新たな検査システムのいくつかは、ウェーハを検査プラットフォーム上に配置する前にウェーハの熱調節を実施する。ウェーハをウェーハステージ上に配置する前にウェーハ温度をウェーハステージの温度に近づけることにより、検査が、かなり少ない遅延で開始することができる。それゆえ、オペレータは、所与の期間内により多くのウェーハを検査することができ、それによって、スループットの向上を達成する。
[0027] 検査システムがウェーハの実際の温度を使用できる場合には、熱調節プロセスを更に最適化することができる。しかしながら、実際のウェーハ温度を測定することは困難である。ウェーハ上に温度計を配置することにより、検査環境が不所望の粒子（例えば、埃）で汚染される可能性があり、これによって、ウェーハ検査の精度が低下する可能性がある。赤外線（ＩＲ）温度センサのような、非接触温度計により、汚染問題が回避されることがあるが、ＩＲセンサの精度は、この目的にはまだ低すぎる。
[0028] 本開示の一態様は、検査環境を汚染する可能性のある、温度計などの、コンポーネントを全く使用せずに、ウェーハの温度特性を間接的に且つ適切な精度で測定できるシステム及び方法を含む。図１Ａに関して先に説明したように、ウェーハ温度が変化しているときにウェーハのサイズが変化する（例えば、ウェーハが膨張又は収縮する）可能性がある。それゆえ、ウェーハサイズの変化は、ウェーハ温度の変化と密接に関係している。ウェーハの複数の画像を取得してウェーハ上のいくつかの構造の位置を比較することにより、ウェーハの温度特性を所要の精度で且つ汚染を全く生じさせずに決定することができる。
[0029] 図面における構成要素の相対的な寸法は、理解しやすいように誇張されていることがある。以下の図面の説明では、同じ又は同様の参照番号は、同じ又は同様の構成要素又はエンティティを指しており、個々の実施形態に関して異なる点のみが説明されている。本明細書で使用する場合、特段の断りが無い限り、「又は」という用語は、実行不可能である場合を除いて、全ての可能な組み合わせを包含する。例えば、データベースがＡ又はＢを含むことがあると記載されている場合、特段の断りが無い限り又は実行不可能で無い限り、データベースはＡ、又はＢ、又はＡ及びＢを含むことがある。第２の例として、データベースがＡ、Ｂ、又はＣを含むことがあると記載されている場合、特段の断りが無い限り又は実行不可能で無い限り、データベースはＡ、又はＢ、又はＣ、又はＡ及びＢ、又はＡ及びＣ、又はＢ及びＣ、又はＡ及びＢ及びＣを含むことがある。
[0030] ここで図１Ｂを参照すると、図１Ｂは本開示の実施形態と一致した、例示的な荷電粒子ビーム検査システム１００を示す概略図である。図１Ｂに示すように、荷電粒子ビーム検査システム１００は、メインチャンバ１０、装填ロックチャンバ２０、電子ビームツール４０、及び機器フロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）３０を含むことがある。電子ビームツール４０は、メインチャンバ１０内部に配置されることがある。説明及び図面は電子ビームに関係しているが、実施形態は、本発明を特定の荷電粒子に制限するために使用されるのではないことが、理解されよう。更に、電子ビームツール４０は、単一の電子ビームを利用する単一ビームツール、又は複数の電子ビームを利用するマルチビームツールとすることができることが理解されよう。
[0031] ＥＦＥＭ３０は、第１の装填ポート３０ａ及び第２の装填ポート３０ｂを含むことがある。ＥＦＥＭ３０は、追加の装填ポートを含むことがある。第１の装填ポート３０ａ及び第２の装填ポート３０ｂは、例えば、検査されるべきウェーハ（例えば、半導体ウェーハ、又は他の材料で作られたウェーハ）又はサンプル（ウェーハ及びサンプルは、以降ではまとめて「ウェーハ」と呼ばれる）を収容するウェーハＦＯＵＰ（front opening unified pod）を受け取ることがある。ＥＦＥＭ３０内の１つ又は複数のロボットアーム（例えば、図１Ｃに示すロボットアーム１１）が、ウェーハを装填ロックチャンバ２０に運ぶ。
[0032] 装填ロックチャンバ２０は、装填ロック真空ポンプシステム（図示せず）に接続されることがあり、このポンプシステムは、大気圧よりも低い第１の圧力に達するように、装填ロックチャンバ２０内のガス分子を除去する。第１の圧力に達した後、１つ又は複数のロボットアーム（例えば、図１Ｃに示すロボットアーム１２）がウェーハを装填ロックチャンバ２０からメインチャンバ１０に運ぶ。メインチャンバ１０は、メインチャンバ真空ポンプシステム（図示せず）に接続され、このポンプシステムは、第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するように、メインチャンバ１０内のガス分子を除去する。第２の圧力に達した後、ウェーハは電子ビームツール４０による検査にかけられる。
[0033] コントローラ５０は、荷電粒子ビーム検査システム１００の電子ビームツール４０又は他の任意の部分に電子的に接続されることがある。コントローラ５０は、荷電粒子ビーム検査システム１００の様々な制御を実行するように構成されたコンピュータであることがある。コントローラ５０はまた、様々な信号及び画像処理機能を実行するように構成された処理回路を含むことがある。図１Ｂでは、コントローラ５０は、メインチャンバ１０、装填ロックチャンバ２０、及びＥＦＥＭ３０を含む構造の外部にあるものとして示されているが、コントローラ５０はこの構造の一部とすることもできることが理解されよう。本開示は、電子ビーム検査ツールを収容するメインチャンバ１０の例を提供しているが、最も広い意味での本開示の態様は、電子ビーム検査ツールを収容するチャンバに限定されないことに、留意されたい。むしろ、前述の原理は、第２の圧力下で動作する他のツールにも適用され得ることが理解されよう。
[0034] ここで、本開示の実施形態と一致した、図１Ｂの荷電粒子ビーム検査システム１００での例示的なウェーハ装填シーケンスを図示する概略図である、図１Ｃを参照する。いくつかの実施形態では、荷電粒子ビーム検査システム１００は、ＥＦＥＭ３０内に位置するロボットアーム１１と、メインチャンバ１０内に位置するロボットアーム１２とを含むことがある。いくつかの実施形態では、ＥＦＥＭ３０はまた、ウェーハを装填ロックチャンバ２０に移送する前にウェーハを正確に位置決めするように構成されたプリアライナ６０を含むことがある。
[0035] いくつかの実施形態では、第１の装填ポート３０ａ及び第２の装填ポート３０ｂは、例えば、ウェーハを収容するウェーハＦＯＵＰ（front opening unified pods）を受け取ることがある。ＥＦＥＭ３０内のロボットアーム１１は、ウェーハを装填ポートの何れかから、位置決めを補助するためのプリアライナ６０に移送することがある。プリアライナ６０は、機械的又は光学的位置合わせ方法を使用して、ウェーハを位置決めすることがある。プリアライメント後に、ロボットアーム１１は、ウェーハを装填ロックチャンバ２０に移送することがある。
[0036] ウェーハが装填ロックチャンバ２０に移送された後に、装填ロック真空ポンプ（図示せず）は、大気圧よりも低い第１の圧力に達するように装填ロックチャンバ２０内のガス分子を除去することがある。第１の圧力に達した後に、ロボットアーム１２は、ウェーハを装填ロックチャンバ２０からメインチャンバ１０内の電子ビームツール４０のウェーハステージ８０に移送することがある。メインチャンバ１０は、第１の圧力よりも低い第２の圧力に達するようにメインチャンバ１０内のガス分子を除去する、メインチャンバ真空ポンプシステム（図示せず）に接続される。第２の圧力に達した後に、ウェーハは、電子ビームツールによる検査を受けることがある。
[0037] いくつかの実施形態では、メインチャンバ１０は、検査前にウェーハを一時的に保管するように構成された留置ステーション７０を含むことがある。例えば、第１のウェーハの検査が完了したときに、第１のウェーハは、ウェーハステージ８０から搬出されることがあり、次いで、ロボットアーム１２は、第２のウェーハを留置ステーション７０からウェーハステージ８０に移送することがある。その後、ロボットアーム１２は、第３のウェーハを装填ロックチャンバ２０から、第２のウェーハの検査が終了するまで第３のウェーハを一時的に保管する留置ステーション７０に移送することがある。
[0038] いくつかの実施形態では、検査システムの全体的スループットを向上させるために、荷電粒子ビーム検査システム１００は、ウェーハをウェーハステージ８０上に装填する前にウェーハの熱調節を実行することがある。この検査前の熱調節は、プリアライナ６０、装填ロックチャンバ２０、留置ステーション７０、又はウェーハをウェーハステージ８０に移動させる前にウェーハを熱調節するのに好適な他の任意の場所で行われることがある。
[0039] ここで、本開示の実施形態と一致した、図１Ｂ及び図１Ｃの荷電粒子ビーム検査システムの一部であり得る例示的な検査システム２００を図示する概略図である、図２を参照する。検査システム２００は、電子ビームツール４０とコントローラ５０とを含むことがある。
[0040] 電子ビームツール４０は、（図１Ｃのウェーハステージ８０と同様の）電動ウェーハステージ２０１を含むことがある。電子ビームツール４０はまた、検査すべきウェーハ２０３を保持するために電動ウェーハステージ２０１によって支持されたウェーハホルダ２０２を含むことがある。電子ビームツール４０は、複合対物レンズ２０４と、電子検出器２０６（電子センサ表面を含む）と、対物アパーチャ２０８と、集光レンズ２１０と、ビーム制限アパーチャ２１２と、銃アパーチャ２１４と、アノード２１６と、カソード２１８とを更に含むことがあり、これらの１つ又は複数は、電子ビームツール４０の光軸２１７と位置合わせされることがある。いくつかの実施形態では、検出器２０６は、軸２１７から外れて配置されることがある。
[0041] 複合対物レンズ２０４は、いくつかの実施形態では、ポールピース２０４ａと、制御電極２０４ｂと、偏向器又は１組の偏向器２０４ｃと、励起コイル２０４ｄとを含み得る、変更スイング対物レンズ遅延液浸レンズ（ＳＯＲＩＬ）を含むことがある。いくつかの実施形態では、電子ビームツール４０は、追加的に、ウェーハ上の材料を特徴付けるためにエネルギー分散型Ｘ線スペクトロメータ（ＥＤＳ）検出器（図示せず）を含むことがある。
[0042] 一次電子ビーム２２０は、アノード２１６とカソード２１８との間に電圧を印加することによりカソード２１８から放出されることがある。一次電子ビーム２２０は、銃アパーチャ２１４及びビーム制限アパーチャ２１２を通過することがあり、銃アパーチャ２１４とビーム制限アパーチャ２１２の両方は、ビーム制限アパーチャ２１２の下にある、集光レンズ２１０に入射する電子ビームの電流を決定することがある。集光レンズ２１０は、複合対物レンズ２０４に入射する前に電子ビームの電流を設定するために、一次電子ビーム２２０が対物アパーチャ２０８に入射する前に一次電子ビーム２２０を集束させることがある。
[0043] 複合対物レンズ２０４は、検査のために一次電子ビーム２２０をウェーハ２０３上に集束させることがあり、ウェーハ２０３の表面上にプローブスポット２２２を形成することができる。偏向器２０４ｃは、ウェーハ２０３上のプローブスポット２２２をスキャンするために、一次電子ビーム２２０を偏向させることがある。例えば、スキャンプロセスでは、偏向器２０４ｃは、ウェーハ２０３の異なる部分の画像再構成のためのデータを提供するために、ウェーハ２０３の上面の異なる場所に異なる時点で一次電子ビーム２２０を順次偏向させるように制御されることがある。その上、いくつかの実施形態では、偏向器２０４ｃはまた、特定の場所におけるウェーハ構造の立体画像再構成のためのデータを提供するために、異なる時点でその場所におけるウェーハ２０３の異なる側面に一次電子ビーム２２０を偏向させるように制御されることがある。更に、いくつかの実施形態では、アノード２１６及びカソード２１８は、複数の一次電子ビーム２２０を生成するように構成されることがあり、且つ電子ビームツール４０は、ウェーハ２０３の異なる部分／側面に複数の一次電子ビーム２２０を同時に投射するための複数の偏向器２０４ｃを含むことがある。
[0044] 励起コイル２０４ｄに電流が印加されたときに、軸対称（すなわち、光軸２１７に対して対称）の磁界が、ウェーハ表面エリアに生成されることがある。一次電子ビーム２２０によりスキャンされるウェーハ２０３の一部は、磁界に浸されることがある。いくつかの実施形態では、ウェーハ表面付近に軸対称遅延電界を発生させるために、ウェーハ２０３、ポールピース２０４ａ、及び制御電極２０４ｂに異なる電圧が印加されることがある。電界は、ビームの電子がウェーハ２０３と衝突する前にウェーハの表面付近で衝突する一次電子ビーム２２０のエネルギーを低減することがある。ポールピース２０４ａから電気的に絶縁された制御電極２０４ｂは、ウェーハのマイクロアーク放電を防止し且つウェーハ表面での適切なビーム集束を確実にするために、軸対称磁界と共にウェーハ上の軸対称電界を制御し得る。
[0045] 一次電子ビーム２２０を受け取ると、二次電子ビーム２３０がウェーハ２０３の一部から放出されることがある。二次電子ビーム２３０は、一次電子とウェーハ２０３との相互作用から生じる、後方散乱電子、二次電子、又はオージェ電子を含むことがある。二次電子ビーム２３０は、電子検出器２０６のセンサ表面に受け取られることがある。いくつかの実施形態では、電子検出器２０６は、二次電子ビーム２３０の強度を表す信号（例えば、電圧、電流など）を生成することがあり、電子検出器２０６と通信するコントローラ５０に信号を提供することがある。二次電子ビーム２３０の強度は、ウェーハ２０３の外部構造又は内部構造に応じて異なることがあり、したがって、ウェーハ２０３が欠陥を含むかどうかを示し得る。その上、上述したように、異なる強度の二次電子ビーム２３０を生成するために、一次電子ビーム２２０が、ウェーハ２０３の上面の異なる場所に、又は特定の場所におけるウェーハ２０３の異なる側面に投射されることがある。それゆえ、二次電子ビーム２３０の強度をウェーハ２０３のエリアにマッピングすることにより、コントローラ５０の画像処理回路は、ウェーハ２０３の内部構造及び／又は外部構造の特性を反映する画像を再構成することがある。
[0046] いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、画像取得器（図示せず）と、ストレージ（図示せず）とを含む画像処理システムを含むことがある。画像取得器は、１つ又は複数のプロセッサを含むことがある。例えば、画像取得器は、コンピュータ、サーバ、メインフレームホスト、端末、個人用コンピュータ、任意の種類の携帯コンピュータ装置など、又はそれらの組み合わせを含むことがある。画像取得器は、中でもとりわけ、導電体、光ファイバーケーブル、携帯型記憶媒体、ＩＲ、Bluetooth、インターネット、無線ネットワーク、無線通信、又はそれらの組み合わせなどの、媒体を介して、電子ビームツール４０の電子検出器２０６に通信可能に結合されることがある。いくつかの実施形態では、画像取得器は、電子検出器２０６から信号を受け取ることがあり、画像を構築することがある。画像取得器は、このようにウェーハ２０３の画像を取得することができる。画像取得器は、輪郭線を生成すること、インジケータを取得画像に重ね合わせることなど、様々な後処理機能も実施することがある。画像取得器は、取得画像の輝度及びコントラストなどの調節を実施するように構成されることがある。いくつかの実施形態では、ストレージは、ハードディスク、フラッシュドライブ、クラウドストレージ、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、他の種類のコンピュータ可読メモリなどの記憶媒体であり得る。ストレージは、画像取得器に結合されることがあり、スキャンされた生の画像データを元画像として保存し、且つ処理後の画像を保存するために使用されることがある。
[0047] いくつかの実施形態では、画像取得器は、検出器２０６から受け取った撮像信号に基づいて、ウェーハ２０３の１つ又は複数の画像を取得することがある。撮像信号は、荷電粒子撮像を実施するためのスキャン動作に対応していることがある。取得画像は、複数の撮像エリアを含む単一の画像であり得る。この単一の画像は、ストレージ内に記憶されることがある。この単一の画像は、複数の領域に分割することができる元画像であり得る。これらの領域の各々は、ウェーハ２０３のフィーチャを包含する１つの撮像エリアを含むことがある。取得画像は、時系列に複数回サンプリングされた、ウェーハ２０３の単一の撮像エリアの複数の画像を含むことがある。この複数の画像は、ストレージ２７０内に記憶されることがある。いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、ウェーハ２０３の同じ場所の複数の画像を用いて画像処理ステップを実行するように構成されることがある。
[0048] いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、検出された二次電子の分布を取得するための測定回路（例えば、アナログ／デジタル変換器）を含むことがある。検出時間ウィンドウ中に収集された電子の分布データを、ウェーハ表面に入射する一次電子ビーム２２０の対応するスキャンパスデータと組み合わせて使用して、検査中のウェーハ構造の画像を再構成することができる。再構成された画像を使用して、ウェーハ２０３の内部構造又は外部構造の様々なフィーチャを明らかにすることができ、それによって、再構成された画像を使用して、ウェーハ内に存在する可能性がある欠陥を明らかにすることができる。
[0049] いくつかの実施形態では、コントローラ５０は、ウェーハアライメントプロセスを実施することがある。アライメントプロセスは、基準画像に関してウェーハ２０３の１つ又は複数の画像を分析することを含むことがある。ウェーハ画像は、ウェーハ上の１つ若しくは複数の構造又はパターンを示すことがあり、構造又はパターンは、半導体製造プロセス中にウェーハに埋め込まれる。コントローラ５０は、ウェーハ画像を分析して、１つ又は複数の構造の位置を基準画像内の構造の位置と比較することがある。コントローラ５０は、システム構成を調整して、ミスアライメント量を補正することがある。
[0050] 更に、図２は電子ビームツール４０が単一の一次電子ビームを使用することを示しているが、電子ビームツール４０はまた、複数の一次電子ビームを使用する複数のビーム検査ツールであり得ることが理解されよう。本開示は、電子ビームツール４０で使用される一次電子ビームの数を制限するものではない。
[0051] ここで、荷電粒子ビーム検査システムについてのウェーハ温度の経時変化を示す例示的なグラフである、図３を参照する。縦軸は温度変化を表し、横軸は時間の経過を表す。グラフは、ウェーハがウェーハ装填シーケンスの複数の段階で処理される間にウェーハ温度が経時変化することを示している。時間３３０では、ウェーハが装填ロックチャンバに装填される。時間３４０では、ウェーハが移送されてウェーハステージに装填される。時間３４５では、ウェーハ検査が開始する。時間３５０では、ウェーハ検査が終了し、ウェーハがウェーハステージから搬出される。期間３２０中には、ウェーハは、ウェーハステージ上に留まる。
[0052] 図３に示す例示的なデータによれば、時間３３０においてウェーハが装填ロックチャンバに装填されたときに、ウェーハの温度はおよそ２２度である（３１２と符号が付されている）。ウェーハが装填ロックチャンバに移送された後に、ウェーハ温度は、温度３１２から温度３１４に急激に降下する。例示的なデータは、装填ロックチャンバが真空になるまでポンプダウンされたときに起こる、この温度降下がおよそ１度～２度であり得ることを示している。この急激な温度降下は、ポンプダウン効果と称される。
[0053] 次に、時間３４０においてウェーハが移送されてウェーハステージ（例えば、図１Ｃのウェーハステージ８０）上に装填されたときに、ウェーハ温度（３１４と符号が付されている）とウェーハステージ温度（図示しないが、平衡温度３１０付近である）とは、異なる温度であることがある。例示的なデータは、この差が最大でおよそ３度であり得ることを示している。
[0054] ウェーハとウェーハステージとのこの温度差により、ウェーハステージ温度に向かうウェーハ温度ドリフトが発生する。例えば、図３のグラフは、期間３２０中にウェーハ温度が変化することを示している。そのような状況下では、ウェーハとウェーハステージとの間で熱伝達が起こり、それによって、ウェーハ（又はウェーハステージ）の変形（例えば、図１Ａに示す熱膨張）がもたらされる。ウェーハステージ又はウェーハが熱変形している間には、ターゲットエリアの検査は、可能でないことがあるか、又は精度が低下することがある。したがって、より正確な検査を実施するために、システムは、時間３４５において検査が開始できる前にウェーハ温度が平衡温度３１０で安定するまでのかなりの期間（待機期間３２５）にわたって待機する。それゆえ、待機期間３２５を短縮することにより、検査システムのスループットが向上することがある。いくつかの実施形態では、ウェーハは、温度差３６０を小さくするために予め熱調節されることがあり、それによって、より短い待機期間３２５をもたらす。
[0055] より迅速な温度安定化のためのウェーハステージの例は、参照により全体が組み込まれる、「PARTICLE BEAM APPARATUS」という名称の、２０１８年５月２８日に出願された、欧州特許出願第１８１７４６４２．１号に見出されることがある。この長い安定化時間に対処する別の方法は、ウェーハがウェーハステージ上に装填される前に、ウェーハステージの温度と一致するようにウェーハを予熱又は予冷することにより、ウェーハ温度を調節することである。そのような実施形態の例は、参照により全体が組み込まれる、「PARTICLE BEAM INSPECTION APPARATUS」という名称の、２０１８年７月１７日に出願された、米国特許出願第６２６９９６４３号に見出されることがある。
[0056] ここで、本開示の実施形態と一致した、熱調節ステーション４１０を備えた例示的な荷電粒子ビーム検査システム４００を示す、図４を参照する。いくつかの実施形態では、検査システム４００は、熱調節ステーション４１０と、メインチャンバ４９０と、コントローラ４５０と、ヒータ／クーラ４６０とを含むことがある。メインチャンバ４９０は、ウェーハ４８０（現時点で検査中のウェーハ）の画像を取得するための電子ビームツール（図示しないが、図２の電子ビームツール４０など）を含むことがある。ウェーハ４８０の検査の進行中に、熱調節ステーション４１０は、検査ステップの準備としてウェーハ４２０の温度を変化させるためにウェーハ４２０（ウェーハ４８０の検査が完了した後に検査すべき一列に並んだウェーハ）の熱調節を実施することがある。
[0057] いくつかの実施形態では、熱調節ステーション４１０は、複数の支持構造４２５と、ウェーハ４２０に熱を伝達するように構成された調節板４１５とを含むことがある。他の実施形態では、調節板４１５は追加的又は代替的に、ウェーハ４２０からの熱を伝達するように構成されることがある。調節板４１５に結合された、支持構造４２５は、ウェーハ４２０と調節板４１５との間に空間が生じるようにウェーハ４２０を支持することがある。ウェーハ４２０が調節板４１５のより近傍に位置決めされるにつれて、より効率的な熱伝達が達成され得ることが理解されるが、いくつかの実施形態では、ロボットアームがウェーハ４２０を持ち上げるか又は移送するための空間を提供するために、ウェーハ４２０と調節板４１５との間に十分な距離を有することが望ましいことがある。いくつかの実施形態では、ウェーハ４２０と調節板４１５との間の距離は、ウェーハを持ち上げるか又は移送する際にロボットアームの様々なサイズを収容する空間を提供するために、１．５ｍｍ～１０ｍｍの範囲であることがある。いくつかの実施形態では、ウェーハ４２０と調節板４１５との間の距離は、ロボットアームでの移送のための特別な処理を必要とせずに、より効率的な熱伝達をもたらす一方で、ある種のロボットアームを収容する空間を提供するために、３ｍｍ～５ｍｍの範囲であることがある。いくつかの実施形態では、ウェーハ４２０を持ち上げるための特別な機構が使用されることがあり、距離をより狭めることを可能にする。
[0058] 更に、図３Ａに２つの支持構造４２５が示されているとしても、熱調節ステーション４１０は任意の数の支持構造４２５を含み得ることが理解されよう。いくつかの実施形態では、ウェーハ４２０は、任意の能動結合手段（例えば、静電クランプ）なしに、支持構造４２５の上に受動的に配置されることがある。他の実施形態では、ウェーハ４２０は、静電クランプなどの、能動保持手段を使用して、支持構造４２５上に保持されることがある。
[0059] いくつかの実施形態では、プリアライナ（図１Ｃのプリアライナ６０など）は、熱調節ステーション４１０として機能することがある。いくつかの実施形態では、留置ステーション（図１Ｃの留置ステーション７０など）は、熱調節ステーション４１０として機能することがある。
[0060] いくつかの実施形態では、装填ロックチャンバ（図１Ｃの装填ロックチャンバ２０など）は、熱調節ステーション４１０として機能することがある。そのような実施形態では、装填ロックチャンバ（すなわち、熱調節ステーション４１０）は、大気圧と真空との間で内圧を変化させるように構成されることがある。ターボポンプ（図示せず）などの、ポンプは、ウェーハ４２０の温度を調節するのに適切なレベルに真空レベルを維持するために、装填ロックチャンバに接続されることがある。ポンプは、装填ロックチャンバ内に真空を作るのに好適である限り、ターボポンプと異なる種類のポンプであり得ることが理解されよう。
[0061] いくつかの実施形態では、調節板４１５は、ウェーハ４２０の温度に影響を及ぼす、調節板４１５の温度を変化させるように構成された伝熱要素４４０を含むことがある。伝熱要素４４０は、ヒータ／クーラ４６０に結合されることがある。いくつかの実施形態では、ヒータ／クーラ４６０は、熱調節ステーション４１０の外に配置されることがある。他の実施形態では、ヒータ／クーラ４６０は、熱調節ステーション４１０内に配置されることがある。
[0062] コントローラ４５０は、ウェーハ４２０の温度に影響を及ぼす、調節板４１５の温度を変化させるために、制御信号４３４により、ヒータ／クーラ４６０又は伝熱要素４４０を調整するように構成されることがある。いくつかの実施形態では、コントローラ４５０は、複数のデータ入力に基づいて（例えば、通信チャネル４３１、４３２、及び４３３を介して）様々な分析を実施して熱調節プロセスについての温度セットポイントを調整し、それによって、制御信号４３４によりヒータ／クーラ４６０又は伝熱要素４４０を制御することがある。
[0063] いくつかの実施形態では、コントローラ４５０は、メインチャンバ４９０内のウェーハステージ４９５の温度に関するステージ温度データを受信することがある。例えば、コントローラ４５０は、通信チャネル４３１を介して、ウェーハステージ４９５の温度を測定するように構成された温度センサ４９６からのステージ温度データを搬送する電気信号を受信することがある。そのような実施形態では、コントローラ４５０は、ウェーハステージ４９５の受信したステージ温度データに基づいて熱調節プロセスの温度セットポイントを調整してヒータ／クーラ４６０を制御し、調整された温度セットポイントに従って調節板４１５の温度を調整することがある。
[0064] コントローラ４５０は追加的又は代替的に、電子ビームツールからの情報を使用して熱調節ステーション４１０を調整することがある。ウェーハ４８０は、検査のためにウェーハステージ４９５に移送される前に、熱調節ステーション４１０において既に熱調節されていることがある。それゆえ、既に熱調節されているウェーハ４８０の温度特性を取得して処理することにより、コントローラ４５０は、熱調節プロセスの有効性を決定して、パイプライン内のウェーハ（例えば、ウェーハ４２０及びＦＯＵＰ内の他のウェーハ）をより効率的に処理するように熱調節ステーション４１０を再構成することがあり、それによって、荷電粒子ビーム検査システム４００の全体的スループットを向上させる。例えば、コントローラ４５０は、ウェーハ４８０の温度特性に基づいて熱調節プロセスの温度セットポイントを調整することがある。
[0065] ウェーハ４８０の温度特性を決定するために、コントローラ４５０は、通信チャネル４３３を介して、ウェーハ４８０のいくつかの測定された特性を受信することがある。ウェーハ４８０のこれらの特性は、ウェーハ上の構造の位置又は構造間の距離を含むことがある。
[0066] ウェーハ４８０の温度特性は、いくつかの実施形態では、ウェーハ４８０の温度に関する情報であることがある。ウェーハ４８０の温度情報は、（例えば、接触又は非接触式温度センサを使用する）直接測定又は（例えば、ウェーハ４８０の物理的特性を分析する）間接測定により取得されることがある。ウェーハ４８０の温度情報を間接的に測定する方法の１つは、ウェーハ４８０のアライメントデータを使用することである。例えば、いくつかの実施形態では、コントローラ４５０は、通信チャネル４３３を介してウェーハ４８０の１つ又は複数の画像（図７のウェーハ画像７１０及び７６０又は図８のウェーハ画像８１０、８２０、及び８３０など）を受信することがある。１つ又は複数の画像は、ウェーハ４８０の１つ又は複数の部分の画像であることがある。他の実施形態では、コントローラ４５０は、メインチャンバ４９０内の電子ビームツールからスキャンデータを受信して、複数のウェーハ画像又はウェーハの部分の複数の画像を構築することがある。次いで、コントローラ４５０は、ウェーハ４８０の画像を分析してウェーハ４８０の温度特性を特定することがある。この間接測定プロセスについては、図７及び図８に関して以下のセクションで更に詳細に説明する。
[0067] いくつかの実施形態では、コントローラ４５０は、通信チャネル４３２を介して、ヒータ／クーラ４６０の出力の温度に関するヒータ温度データを受信することがある。そのような実施形態では、コントローラ４５０は、フィードバック情報（受信したヒータ温度データ）に基づいて制御信号４３４を用いてヒータ／クーラ４６０を動的に調整して、調節板４１５の温度を制御することがある。例えば、いくつかの実施形態では、ヒータ／クーラ４６０は、温水器又は冷水器であることがある。そのような実施形態では、温水又は冷却水は、調節板４１５内の伝熱要素４４０を通って流れ、コントローラ４５０は、ヒータ／クーラ４６０の出力における水の温度に関するヒータ温度データを受信することがある。コントローラ４５０は、水温に基づいてヒータ／クーラ４６０を調整することがある。コントローラ４５０は、通信チャネル４３２を介して、水の温度を測定するように構成された温度センサ４６５からのヒータ温度データを搬送する電気信号を受信することがある。いくつかの実施形態では、コントローラ４５０は、受信したヒータ温度データを使用して、熱調節プロセスの温度セットポイントを調整することがある。
[0068] いくつかの実施形態では、通信チャネル４３１、４３２、及び４３３、並びに制御信号４３４は、中でもとりわけ、導電体、光ファイバーケーブル、可搬型記憶媒体、ＩＲ、Bluetooth、インターネット、無線ネットワーク、無線機、又はこれらの組み合わせなどの、媒体を含むことがある。いくつかの実施形態では、コントローラ４５０は、追加の温度センサを用いて更に最適化されることがある。例えば、いくつかの実施形態では、システムは、ウェーハ４２０、ウェーハ４８０、又は調節板４１５の温度を測定するように構成された１つ又は複数のセンサを追加的に含むことがある。
[0069] 図５は、熱調節プロセスの温度セットポイントに関連する、熱調節ステーション（図４の熱調節ステーション４１０など）におけるウェーハ温度の経時変化を示す例示的なグラフを示している。熱調節プロセスは、時間５３０において開始する。ウェーハの温度は、ウェーハに熱が伝達されるにつれて、平衡温度５１０に徐々に近づく。熱調節プロセスは、ウェーハの温度がほぼ平衡温度５１０で安定する、時間５４０まで継続することがある。熱調節ステーションは、温度セットポイント５２０を用いてコントローラ（図４のコントローラ４５０など）により制御されることがある。図５に示すように、いくつかの実施形態では、コントローラは、温度セットポイント５２０を一定値にすることがある。
[0070] 図６は、ウェーハ温度調節中のウェーハ温度の経時変化を示す別の例示的なグラフを示している。図５の実施形態と同様に、熱調節プロセスは、時間６３０において開始し、ウェーハの温度がほぼ平衡温度６１０で安定する、時間６４０において終了する。本実施形態では、コントローラは、温度セットポイント６２０をリアルタイムに動的に調整して、熱調節に必要な時間を短縮することがある。例えば、温度セットポイント６２０は、ウェーハの温度を迅速に変化させるために最初は高く設定され、次いで、ウェーハ温度が平衡温度６１０に近づくにつれて徐々に下げられることがある。
[0071] ここで、本開示の実施形態と一致した、複数の構造を備えたウェーハの例示的な画像を図示する概略図である、図７を参照する。いくつかの実施形態では、検査中のウェーハ（図４のウェーハ４８０など）のアライメントデータは、ウェーハの温度特性（例えば、ウェーハの温度情報）を決定するために使用されることがある。例えば、図４に関して説明したように、コントローラ（図４のコントローラ４５０など）は、ウェーハの１つ又は複数の画像を受信することがある。１つ又は複数の画像は、ウェーハの１つ又は複数の部分の画像であることがある。次いで、コントローラは、ウェーハ又はウェーハの部分の受信した画像を分析してウェーハの温度特性を決定することがある。コントローラは、温度特性を使用して熱調節ステーション（図４の熱調節ステーション４１０など）の温度セットポイントを調整することがある。
[0072] 図７に示すように、いくつかの実施形態では、ウェーハ画像７１０は、ウェーハの相対的サイズを決定するために、基準ウェーハ画像７６０と比較されることがある。ウェーハの相対的サイズに基づいて、ウェーハの温度特性が決定されることがある。例えば、ウェーハ（ウェーハ画像７１０に示す）が基準画像よりも小さい場合、ウェーハの温度は、対応する基準温度よりも低いことがある。ウェーハが基準画像よりも大きい場合、ウェーハの温度は、対応する基準温度よりも高いことがある。
[0073] そのような実施形態では、コントローラ（図４のコントローラ４５０など）は、ウェーハ上の１つ若しくは複数の構造又はパターンを示す、ウェーハ画像７１０（又はウェーハの部分の画像）を受信することがあり、構造又はパターンは、半導体製造プロセス中にウェーハに埋め込まれる。ウェーハ画像７１０（又はウェーハの一部分の画像）は、基準における対応する構造に対するウェーハ上の既知の構造の相対位置を見出すことができるように、基準と比較されることがある。同様の技術を使用して、ウェーハ及び基準における複数の構造の位置が決定されることがあり、また、ＳＥＭスキャンに基づいてそれらの間の距離が決定されることがある。例えば、ウェーハ画像７１０は、位置７３０、７３２、７３４、及び７３６における４つのそのような構造を示している。コントローラは、ウェーハ画像７１０を分析してウェーハ上の構造の位置を決定することがある。コントローラはまた、位置７３２及び７３６における構造間の距離７４２、並びに位置７３４及び７３０における構造間の距離７４４などの、構造間の距離を決定することがある。
[0074] いくつかの実施形態では、ウェーハのこれらの測定された特性は、基準データにおけるウェーハの予測した特性と比較されることがある。基準データは、グラフィックスデザインシステム（ＧＤＳ）レイアウトデータを含むことがある。例えば、基準ウェーハ画像７６０は、構造が位置７７０、７７２、７７４、及び７７６に見られることが予測されることを示している。よって、予測位置７７２と７７６との間の距離７８２、及び予測位置７７４と７７０との間の距離７８４などの、構造の予測位置間の距離が取得されることがある。そのような実施形態では、コントローラは、距離７４２、７４４をそれぞれ距離７８２、７８４と比較することがある。コントローラは、測定距離７４２及び７４４と予測距離７８２及び７８４とに基づく以下の式を使用して、ウェーハ変倍率(scaling factor)を決定することがある。
Figure 0007130127000001
[0075] 式１は、ウェーハ変倍率が２つの測定距離と２つの予測距離との比較に基づいて決定され得ることを示しているが、ウェーハ変倍率は、１つ又は複数の測定距離と対応する予測距離との比較に基づいて決定され得ることが理解されよう。
[0076] いくつかの実施形態では、ウェーハの既知の温度は、基準ウェーハ画像７６０に関連付けられることがある。そのような実施形態では、コントローラは、以下の式を使用して、ウェーハ画像７１０に対応する実際のウェーハ温度を推定することがある。
Figure 0007130127000002
ここで、αウェーハは、ウェーハ材料の線膨張係数であり（例えば、シリコンでは、αｓｉ≒２．５６・１０－６・Ｋ－１）、Ｔ基準は、ウェーハ画像７６０に関連する既知のウェーハ温度である。ウェーハ材料のいくつかの例としては、中でもとりわけ、ゲルマニウム、ガリウムヒ素が挙げられる。
[0077] 決定されたウェーハ温度（Ｔウェーハ）は、熱調節ステーション（図４の熱調節ステーション４１０など）の温度セットポイントを調整するためにコントローラに提供されることがある。
[0078] ここで、本開示の実施形態と一致した、複数の構造を備えたウェーハの例示的な画像を図示する概略図である、図８を参照する。いくつかの実施形態では、ウェーハレベルアライメントステップが、ウェーハの複数の画像を生成するために時系列に数回実施されることがある。コントローラ（図４のコントローラ４５０など）は、それらの複数のウェーハ画像を分析して、ウェーハの温度特性を取得することがある。
[0079] 図８に示すように、ウェーハ画像８１０、８２０、及び８３０は、時系列に異なる時点で生成されることがある。図３に関して説明するように、検査中のウェーハ（図４のウェーハ４８０など）の温度がウェーハステージ（図４のウェーハステージ４９５など）の温度と異なる場合、ウェーハ温度は、徐々にウェーハステージの温度になることがあり、それによって、ウェーハの変形（例えば、図１Ａに示す熱膨張）をもたらす。時系列に撮られた複数のウェーハ画像を用いて、コントローラは、ウェーハ温度の経時変化と相関し得る、変形の特性（例えば、膨張率又は膨張速度）を特定することがある。
[0080] 例えば、それぞれ時間ｔ１、ｔ２、及びｔ３において取得された、ウェーハ画像８１０、８２０、及び８３０は、ウェーハ上の複数の構造の移動を示している。換言すれば、構造は、それぞれ、時間ｔ１における位置８１１、８１２、８１３、８１４から、時間ｔ２における位置８２１、８２２、８２３、８２４を通って、最終的に時間ｔ３における位置８３１、８３２、８３３、８３４に移動する。
[0081] この温度ドリフトは、以下のプロファイルを有することがある。
Figure 0007130127000003
ここで、Ｔウェーハ（ｔ）はウェーハ温度であり、ｔは時間であり、Ｔウェーハ（０）は、ウェーハがウェーハステージに装填されたときのｔ＝０のウェーハ温度であり、Ｔウェーハステージはウェーハステージの温度であり、τは熱時定数である。
Figure 0007130127000004
ここで、Ｃウェーハはシリコンの熱容量であり、Ｍウェーハはウェーハの質量であり、ｈは、ウェーハとウェーハステージとの間の熱伝達係数であり、Ａウェーハはウェーハの有効表面積である。
[0082] ウェーハ上の構造の特性の複数回の測定では、いくつかの時間ステップ（例えば、ｔ１、ｔ２、及びｔ３）での相対的ウェーハ温度は、ウェーハ変倍率の式（式１）を使用して決定されることがある。いくつかの時間ステップでのこれらの相対的ウェーハ温度に基づいて、Ｔウェーハ（０）－Ｔウェーハステージ（すなわち、ウェーハがウェーハステージに装填されたときのｔ＝０のウェーハとウェーハステージとの温度差）は、フィッティングプロセスで決定されることがある。例えば、コントローラは、式３に基づいて指数外挿プロセスを実施して、Ｔウェーハ（０）－Ｔウェーハステージを決定することがある。
[0083] 決定されたＴウェーハ（０）－Ｔウェーハステージは、熱調節ステーションの温度セットポイントを調整してウェーハの温度ドリフトを最小限に抑えるためにコントローラに提供されることがある。
[0084] ここで、本開示の実施形態と一致した、熱調節ステーションを備えた荷電粒子ビーム装置を調整するための例示的な方法を図示するフローチャートである、図９を参照する。方法は、荷電粒子ビーム検査システム４００（図４の荷電粒子ビーム検査システム４００など）により実施することがある。
[0085] ステップ９１０では、検査システムは、検査のためにウェーハをメインチャンバ内のウェーハステージ（図４のメインチャンバ４９０内のウェーハステージ４９５など）に装填する。ウェーハは、熱調節ステーション（図４の熱調節ステーション４１０など）において予め熱調節されていることがある。いくつかの実施形態では、ウェーハ（図４のウェーハ４８０など）がウェーハステージに移送された後に、メインチャンバ内での第１のウェーハの検査の進行中に、別のウェーハ（図４のウェーハ４２０など）が熱調節ステーションに装填されることがある。検査のためにウェーハをウェーハステージに移送する前のこの熱調節は、図３に関して更に詳細に説明するように、ウェーハの温度ドリフトにより生じるウェーハの変形を最小限に抑えることにより検査システムの全体的スループットを向上させることがある。
[0086] ステップ９２０では、検査システムは、ウェーハをスキャンして、いくつかのウェーハ特性を測定し、測定されたウェーハ特性は、熱調節ステーションを調整するためにコントローラ（図４のコントローラ４５０など）に提供することができる。例えば、検査システムは、ウェーハをスキャンしてウェーハの１つ又は複数の画像（図７のウェーハ画像７１０及び７６０、又は図８のウェーハ画像８１０、８２０、及び８３０など）を生成することがある。これらのウェーハ画像は、ウェーハ上の複数の構造又はパターンを示すことがあり、構造又はパターンは、半導体製造プロセス中にウェーハに埋め込まれる。検査システムは、ウェーハ画像を分析して構造の特性を測定することがある。例えば、構造の位置又は構造間の距離は、分析を通じて特定されることがある。
[0087] ステップ９３０では、検査システムは、構造の特定された特性を分析してウェーハの温度特性を決定する。いくつかの実施形態では、図７に関して詳細に説明するように、検査システムのコントローラは、構造の測定された位置を基準データにおける構造の対応する位置と比較して、ウェーハの温度特性を決定することがある。いくつかの実施形態では、図８に関して詳細に説明するように、検査システムは、複数のウェーハ画像を時系列に異なる時点で生成し、これらの複数の画像内の構造の特性を比較して、ウェーハの温度特性を決定することがある。
[0088] ステップ９４０では、検査システムのコントローラは、構造の位置及び構造間の距離を含む、構造の測定された特性に基づいてウェーハの温度特性を決定する。いくつかの実施形態では、ウェーハの温度特性は、ウェーハの実際の温度を含むことがある。他の実施形態では、ウェーハの温度特性は、ウェーハとウェーハステージとの初期温度差（例えば、検査のためにウェーハが最初にウェーハステージ上に装填されたときの温度差）を含むことがある。
[0089] ステップ９５０では、コントローラは、ウェーハの決定された温度特性に基づいて熱調節ステーションを調整する。例えば、コントローラは、パイプライン内のウェーハ（例えば、図４のウェーハ４２０及びＦＯＵＰ内の他のウェーハ）に対する熱調節の効率を向上させるために、熱調節ステーションの温度セットポイントを調整することがある。
[0090] 実施形態については、以下の条項を使用して更に説明することができる。
条項１．
荷電粒子ビーム装置を使用して、複数の構造を含む、ウェーハの温度特性を決定するための方法であって、
上記荷電粒子ビーム装置を用いて上記ウェーハをスキャンして上記ウェーハ上の上記複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を分析することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記分析に基づいて上記温度特性を決定することと
を含む、方法。
条項２．
上記ウェーハの上記温度特性は、上記ウェーハの温度を含む、条項１に記載の方法。
条項３．
上記１つ又は複数の特性を基準データにおける対応する１つ又は複数の特性と比較することを更に含む、条項１又は２に記載の方法。
条項４．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項３に記載の方法。
条項５．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項３に記載の方法。
条項６．
上記基準データは、ＧＤＳレイアウトデータを含む、条項３～５の何れか一項に記載の方法。
条項７．
上記基準データは、荷電粒子ビーム装置によるスキャンデータを含む、条項３～５の何れか一項に記載の方法。
条項８．
上記基準データは、上記ウェーハの既知の温度に関連付けられる、条項３～７の何れか一項に記載の方法。
条項９．
上記基準データは、予め分析されたウェーハの決定された温度特性を含む、条項３～８の何れか一項に記載の方法。
条項１０．
上記複数の構造の第１の組の上記１つ又は複数の特性を時系列に第１の時点で測定することと、
上記複数の構造の第２の組の上記１つ又は複数の特性を上記時系列に第２の時点で測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記第１の組と上記第２の組とを比較することと
を更に含む、条項１又は２に記載の方法。
条項１１．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項１０に記載の方法。
条項１２．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項１０に記載の方法。
条項１３．
上記温度特性を上記荷電粒子ビーム装置のコントローラに提供することと、
検査すべき次のウェーハを予め熱調節するように熱調節ステーションを調整することと
を更に含む、条項１～１２の何れか一項に記載の方法。
条項１４．
荷電粒子ビーム装置を使用して、複数の構造を含む、ウェーハの温度特性を決定するための方法であって、
上記荷電粒子ビーム装置を用いて上記ウェーハをスキャンして上記ウェーハ上の上記複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を分析することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記分析に基づいて上記温度特性を決定することと
を含む上記方法をコントローラに実施させるように上記コントローラの１つ又は複数のプロセッサにより実行可能である１組の命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体。
条項１５．
上記ウェーハの上記温度特性は、上記ウェーハの温度を含む、条項１４に記載のコンピュータ可読媒体。
条項１６．
上記１組の命令は、
上記１つ又は複数の特性を基準データにおける対応する１つ又は複数の特性と比較すること
を上記コントローラに更に実施させるように上記コントローラの上記１つ又は複数のプロセッサにより実行可能である、条項１４又は１５に記載のコンピュータ可読媒体。
条項１７．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項１６に記載のコンピュータ可読媒体。
条項１８．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項１６に記載のコンピュータ可読媒体。
条項１９．
上記基準データは、ＧＤＳレイアウトデータを含む、条項１６～１８の何れか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２０．
上記基準データは、荷電粒子ビーム装置によるスキャンデータを含む、条項１６～１８の何れか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２１．
上記基準データは、上記ウェーハの既知の温度に関連付けられる、条項１６～２０の何れか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２２．
上記基準データは、予め分析されたウェーハの決定された温度特性を含む、条項１６～２１の何れか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２３．
上記１組の命令は、
上記複数の構造の第１の組の上記１つ又は複数の特性を時系列に第１の時点で測定することと、
上記複数の構造の第２の組の上記１つ又は複数の特性を上記時系列に第２の時点で測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記第１の組と上記第２の組とを比較することと
を上記コントローラに更に実施させるように上記コントローラの上記１つ又は複数のプロセッサにより実行可能である、条項１４又は１５に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２４．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項２３に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２５．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項２３に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２６．
上記１組の命令は、
上記温度特性を上記荷電粒子ビーム装置のコントローラに提供することと、
検査すべき次のウェーハを予め熱調節するように熱調節ステーションを調整することと
を上記コントローラに更に実施させるように上記コントローラの上記１つ又は複数のプロセッサにより実行可能である、条項１４～２５の何れか一項に記載のコンピュータ可読媒体。
条項２７．
熱調節ステーションを備えた荷電粒子ビーム装置を調整するための方法であって、
上記荷電粒子ビーム装置を用いてウェーハステージ上のウェーハをスキャンして上記ウェーハ上の複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を分析することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記分析に基づいて上記ウェーハの温度特性を決定することと、
上記温度特性に基づいて上記熱調節ステーションを調整することと
を含む、方法。
条項２８．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を分析することは、
上記ウェーハの１つ又は複数の画像を取得することと、
上記１つ又は複数の画像に基づいて上記ウェーハの上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を基準データにおける上記複数の構造の対応する１つ又は複数の特性と比較することと
を含む、条項２７に記載の方法。
条項２９．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項２８に記載の方法。
条項３０．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項２８に記載の方法。
条項３１．
上記基準データは、上記ウェーハの既知の温度に関連付けられる、条項２８～３０の何れか一項に記載の方法。
条項３２．
上記基準データは、予め分析されたウェーハの決定された温度特性を含む、条項２８～３１の何れか一項に記載の方法。
条項３３．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を分析することは、
上記ウェーハの第１の画像を時系列に第１の時点で取得することと、
上記ウェーハの第２の画像を上記時系列に第２の時点で取得することと、
上記第１の画像に基づいて第１の組の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記第２の画像に基づいて第２の組の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記第１の組と上記第２の組とを比較することと
を含む、条項２７に記載の方法。
条項３４．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項３３に記載の方法。
条項３５．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項３３に記載の方法。
条項３６．
上記ウェーハの第３の画像を上記時系列に第３の時点で取得することと、
上記第３の画像に基づいて第３の組の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記第１の組、上記第２の組、及び上記第３の組に基づいて外挿プロセスを行うことと
を更に含む、条項３３～３５の何れか一項に記載の方法。
条項３７．
上記外挿は、指数外挿を含む、条項３６に記載の方法。
条項３８．
上記熱調節ステーションは、装填ロックユニットを含む、条項２７～３７の何れか一項に記載の方法。
条項３９．
上記ウェーハのアライメント特性を局所的レベルで特定することと、
上記熱調節ステーションを調整する必要があるかどうかを判定することと
を更に含む、条項２７～３８の何れか一項に記載の方法。
条項４０．
荷電粒子ビーム装置であって、
ウェーハ温度を予め調節するように構成された熱調節ステーションと、
ウェーハステージ上のウェーハの１つ又は複数の画像を生成するための粒子ビーム撮像ツールと、
上記粒子ビーム撮像ツールを用いて上記ウェーハをスキャンして上記ウェーハ上の複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を分析することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記分析に基づいて上記ウェーハの温度特性を決定することと、
上記温度特性に基づいて上記熱調節ステーションを調整することと
を上記荷電粒子ビーム装置に実施させるための回路を有するコントローラと
を含む、荷電粒子ビーム装置。
条項４１．
上記コントローラが上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の分析を実施することは、
上記ウェーハの上記１つ又は複数の画像を取得することと、
上記１つ又は複数の画像に基づいて上記ウェーハの上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性を基準データにおける上記複数の構造の対応する１つ又は複数の特性と比較することと
を含む、条項４０に記載の装置。
条項４２．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項４１に記載の装置。
条項４３．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項４１に記載の装置。
条項４４．
上記基準データは、上記ウェーハの既知の温度に関連付けられる、条項４１～４３の何れか一項に記載の装置。
条項４５．
上記基準データは、予め分析されたウェーハの決定された温度特性を含む、条項４１～４４の何れか一項に記載の装置。
条項４６．
上記コントローラが上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の分析を実施することは、
上記ウェーハの第１の画像を時系列に第１の時点で取得することと、
上記ウェーハの第２の画像を上記時系列に第２の時点で取得することと、
上記第１の画像に基づいて第１の組の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記第２の画像に基づいて第２の組の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記第１の組と上記第２の組とを比較することと
を含む、条項４０に記載の装置。
条項４７．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造の位置を含む、条項４６に記載の装置。
条項４８．
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性は、上記複数の構造間の距離を含む、条項４６に記載の装置。
条項４９．
上記コントローラが上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の分析を実施することは、
上記ウェーハの第３の画像を上記時系列に第３の時点で取得することと、
上記第３の画像に基づいて第３の組の上記１つ又は複数の特性を測定することと、
上記複数の構造の上記１つ又は複数の特性の上記第１の組、上記第２の組、及び上記第３の組に基づいて外挿プロセスを行うことと
を更に含む、条項４６～４８の何れか一項に記載の装置。
条項５０．
上記外挿は、指数外挿を含む、条項４９に記載の装置。
条項５１．
上記熱調節ステーションは、装填ロックユニットを含む、条項４０～５０の何れか一項に記載の装置。
条項５２．
上記コントローラは、
上記ウェーハのアライメント特性を局所的レベルで特定することと、
上記熱調節ステーションを調整する必要があるかどうかを判定することと
を更に実施する、条項４０～５１の何れか一項に記載の装置。
[0091] ウェーハ調節システムのコントローラは、ソフトウェアを使用して、上記で説明した機能を制御できることが理解されよう。例えば、コントローラは、ウェーハの複数の画像を生成することがある。コントローラは、ウェーハの画像を分析してウェーハの温度特性を決定することがある。コントローラは、ヒータ／クーラ（図４のヒータ／クーラ４６０など）に命令を送信して、伝熱要素の温度を調整することがある。ソフトウェアは、非一時的なコンピュータ可読媒体に記憶されることがある。非一時的な媒体の一般的な形態としては、例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、ソリッドステートドライブ、磁気テープ、又は他の任意の磁気データ記録媒体、ＣＤ－ＲＯＭ、他の任意の光学データ記録媒体、穴のパターンを有する任意の物理的媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、及びＥＰＲＯＭ、クラウドストレージ、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ若しくは他の任意のフラッシュメモリ、ＮＶＲＡＭ、キャッシュ、レジスタ、他の任意のメモリチップ若しくはカートリッジ、及び前述のもののネットワーク化されたもの、が挙げられる。
[0092] 開示される実施形態について、好ましい実施形態に関係して説明してきたが、以降で特許請求される主題の趣旨及び範囲から逸脱することなく、他の修正及び変更を加えることができることを、理解されたい。

Claims (15)

  1. 荷電粒子ビーム装置であって、
    ウェーハ温度を予め調節するように構成された熱調節ステーションと、
    ウェーハステージ上のウェーハの１つ又は複数の画像を生成するための粒子ビーム撮像ツールと、
    前記粒子ビーム撮像ツールを用いて前記ウェーハをスキャンして前記ウェーハ上の複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性を分析することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の前記分析に基づいて前記ウェーハの温度特性を決定することと
    前記温度特性に基づいて前記熱調節ステーションを調整することと
    を前記荷電粒子ビーム装置に実施させるための回路を有するコントローラと
    を含む、荷電粒子ビーム装置。
  2. 前記コントローラが前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の分析を実施することは、
    前記ウェーハの前記１つ又は複数の画像を取得することと、
    前記１つ又は複数の画像に基づいて前記ウェーハの前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性を測定することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性を基準データにおける前記複数の構造の対応する１つ又は複数の特性と比較することと
    を含む、請求項１に記載の装置。
  3. 前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性は、前記複数の構造の位置を含む、請求項２に記載の装置。
  4. 前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性は、前記複数の構造間の距離を含む、請求項２に記載の装置。
  5. 前記基準データはグラフィックスデザインシステム（ＧＤＳ）データであり、前記ＧＤＳデータは前記ウェーハの既知の温度に関連付けられる、請求項２に記載の装置。
  6. 前記基準データは、予め分析されたウェーハの決定された温度特性を含む、請求項２に記載の装置。
  7. 前記コントローラが前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の分析を実施することは、
    前記ウェーハの第１の画像を時系列に第１の時点で取得することと、
    前記ウェーハの第２の画像を前記時系列に第２の時点で取得することと、
    前記第１の画像に基づいて第１の組の前記１つ又は複数の特性を測定することと、
    前記第２の画像に基づいて第２の組の前記１つ又は複数の特性を測定することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の前記第１の組と前記第２の組とを比較することと
    を含む、請求項１に記載の装置。
  8. 前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性は、前記複数の構造の位置を含む、請求項７に記載の装置。
  9. 前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性は、前記複数の構造間の距離を含む、請求項７に記載の装置。
  10. 前記コントローラが前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の分析を実施することは、
    前記ウェーハの第３の画像を前記時系列に第３の時点で取得することと、
    前記第３の画像に基づいて第３の組の前記１つ又は複数の特性を測定することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の前記第１の組、前記第２の組、及び前記第３の組に基づいて外挿プロセスを行うことと
    を更に含む、請求項７に記載の装置。
  11. 前記外挿は、指数外挿を含む、請求項１０に記載の装置。
  12. 前記熱調節ステーションは、装填ロックユニットを含む、請求項１に記載の装置。
  13. 前記コントローラは、
    前記ウェーハのアライメント特性を局所的レベルで特定することと、
    前記熱調節ステーションを調整する必要があるかどうかを判定することと
    を更に実施する、請求項１に記載の装置。
  14. 荷電粒子ビーム装置を使用して、複数の構造を含む、ウェーハの温度特性を決定するための方法であって、
    前記荷電粒子ビーム装置を用いて前記ウェーハをスキャンして前記ウェーハ上の前記複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性を分析することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の前記分析に基づいて前記温度特性を決定することと、
    ウェーハ温度を予め調節するように構成された熱調節ステーションを、前記温度特性に基づいて調整することと
    を含む前記方法をコントローラに実施させるように前記コントローラの１つ又は複数のプロセッサにより実行可能である１組の命令を含む非一時的コンピュータ可読媒体。
  15. 荷電粒子ビーム装置を使用して、複数の構造を含む、ウェーハの温度特性を決定するための方法であって、
    前記荷電粒子ビーム装置を用いて前記ウェーハをスキャンして前記ウェーハ上の前記複数の構造の１つ又は複数の特性を測定することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性を分析することと、
    前記複数の構造の前記１つ又は複数の特性の前記分析に基づいて前記温度特性を決定することと、
    ウェーハ温度を予め調節するように構成された熱調節ステーションを、前記温度特性に基づいて調整することと
    を含む、方法。

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