KR101487359B1 - 시료 표면 검사방법 및 검사장치 - Google Patents

시료 표면 검사방법 및 검사장치 Download PDF

Info

Publication number
KR101487359B1
KR101487359B1 KR1020087018240A KR20087018240A KR101487359B1 KR 101487359 B1 KR101487359 B1 KR 101487359B1 KR 1020087018240 A KR1020087018240 A KR 1020087018240A KR 20087018240 A KR20087018240 A KR 20087018240A KR 101487359 B1 KR101487359 B1 KR 101487359B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
pattern
electron beam
stage
inspection
Prior art date
Application number
KR1020087018240A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20080087138A (ko
Inventor
노부하루 노지
요시히코 나이토
히로시 소부카와
겐지 데라오
마사히로 하타케야마
가츠야 오쿠무라
Original Assignee
가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼 filed Critical 가부시키가이샤 에바라 세이사꾸쇼
Publication of KR20080087138A publication Critical patent/KR20080087138A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101487359B1 publication Critical patent/KR101487359B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/29—Reflection microscopes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/28—Testing of electronic circuits, e.g. by signal tracer
    • G01R31/302—Contactless testing
    • G01R31/305—Contactless testing using electron beams
    • G01R31/307—Contactless testing using electron beams of integrated circuits
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/21—Means for adjusting the focus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2441—Semiconductor detectors, e.g. diodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/244—Detection characterized by the detecting means
    • H01J2237/2446—Position sensitive detectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/25—Tubes for localised analysis using electron or ion beams
    • H01J2237/2505—Tubes for localised analysis using electron or ion beams characterised by their application
    • H01J2237/2594—Measuring electric fields or potentials
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/28—Scanning microscopes
    • H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Landscapes

  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

정밀도가 좋은 시료 표면 검사를 행할 수 있는 방법 및 장치를 제공한다. 전자선식 시료 표면 검사장치를 이용하여 시료 표면을 검사하는 방법에 있어서, 상기 시료 표면 검사장치의 전자총으로부터 발생한 전자빔을 상기 시료 표면에 조사하고, 상기 시료 표면으로부터 발생한 2차 전자를 검출기의 전자 검출면을 향하여 결상시켜 상기 시료 표면을 검사하는 방법에서, 상기 검출기의 검출면에서의 상기 2차 전자의 결상 조건을, 상기 시료 표면의 전위가 상기 시료 표면에 조사된 전자빔의 양에 따라 변화하도록 제어하는 것에 특징이 있다.

Description

시료 표면 검사방법 및 검사장치 {METHOD AND APPARATUS FOR INSPECTING SAMPLE SURFACE}
본 발명은 시료의 표면에 형성된 패턴을 검사하는 검사장치 및 검사방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 전자선을 웨이퍼, 기판 등의 시료의 표면에 조사하여 그 시료에 형성된 패턴(예를 들면 오버레이 마크의 패턴)을 검사 또는 평가하는 사상(寫像) 투영형의 전자선식(電子線式) 시료 검사장치 및 검사방법에 관한 것이다.
반도체 프로세스에는 노광, 에칭, 박막 형성의 공정이 수회에서 십 수회 반복된다. 여기서 중요하게 되는 것은, 각 공정에서 발생하는 결함으로서, 특히 전기적 결함은 그 검출이 중요해진다. 또, 서로 겹쳐서 형성된 복수의 배선 패턴의 하층부에 형성된 배선 패턴과 상층부에 형성하는 패턴의 위치의 일치성(오버레이)도 중요하다.
종래의 광학현미경으로는 전기적 결함은 검출하는 것이 매우 곤란하고, 또 SEM(주사형 전자현미경)으로는 대면적의 검사를 하는 경우는 긴 검사 시간을 필요로 한다.
또, 전자빔을 사용하는 검사장치에서는, 시료 표면의 차지 업(charge up)의 영향으로 선명한 화상이 얻어지지 않았다. 또한, 종래는 하층 패턴과 상층 패턴의 위치를 맞추기 위한 전용 마크(오버레이 마크)를 사용하고, 광(광학현미경 등)을 이용한 위치 맞춤 등에 의하여 행하고 있었다(오버레이 검사).
[특허문헌 1]
미국특허 제6,091,249호
상기한 바와 같이, 전자빔을 사용한 시료 표면의 검사에서는, 전자빔 조사에 의한 시료 표면의 차지 업에 의해, 상이 흐려진다. 또, 광에 의한 오버레이 검사에서는, 오버레이 마크와 실제의 디바이스 패턴에서는 패턴의 크기가 다르기 때문에, 광에서는 코마수차의 영향을 받고, 오버레이 마크에서는 위치 맞춤이 허용 오차에는 있지만, 실제 디바이스 패턴에서는 어긋나 노광되는 경우가 많이 있다. 또한, 오버레이 마크와 실제의 디바이스 패턴에서는 패턴의 크기가 다르기 때문에, 상기한 바와 같은 광에 의한 오버레이 검사에서는, 광에 의한 코마수차의 영향을 받고, 오버레이 마크에서는 위치 맞춤이 허용 오차에 들어가 있지만, 실제 디바이스 패턴에서는 어긋나 노광되는 경우가 많이 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 목적은, 반도체 디바이스의 제조 과정의 시료 표면 검사장치에서, 시료에서의 차지 업을 고려하여 시료 전압을 제어함으로써 종래에는 없는 정밀도가 좋은 표면 검사를 행할 수 있는 시료 표면 검사방법 및 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 시료 전압을 상기 전자빔의 양에 따라 변화시킴으로써 정밀도 좋은 표면 검사를 행하는 검사방법 및 검사장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 검사시는 스테이지를 센서의 동작 주파수에 동기(同期)시켜 움직이게 하고, 피(被)검사 패턴간 이동시는 이동에 필요로 하는 시간을 최단이 되도록 제어함으로써 검사를 효율적이고 또한 정밀도 좋게 행할 수 있는 시료 검사장치 및 검사방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 전자선의 패턴에 대한 조사 형상을 시료의 이동에 연동시켜 제어하거나 또는 이동 방향을 따라 길게 함으로써, 패턴의 검사의 속도, 정밀도의 향상을 도모한 사상형의 표면 검사장치 또는 검사방법을 제공하는 것이다.
청구항 1에 기재된 본 발명에 의하면, 전자선식 시료 표면 검사장치를 사용하여 시료 표면을 검사하는 방법에 있어서, 상기 시료 표면 검사장치의 전자총으로부터 발생한 전자빔을 상기 시료 표면에 조사하고, 상기 시료 표면으로부터 발생한 2차 전자를 검출기의 전자 검출면을 향하여 결상시켜 상기 시료 표면을 검사하는 방법에서, 상기 시료 표면의 전위가 상기 시료 표면에 조사된 전자빔의 양에 따라 변화하도록, 상기 검출기의 검출면에서의 상기 2차 전자의 결상 조건을 제어하는 것을 특징으로 하는 시료 표면 검사방법이 제공된다.
상기 본 발명에서, 상기 2차 전자의 결상 조건을 제어하는 방법으로서, 시료 표면에 조사된 전자빔의 양에 따라, 시료 전압 또 리타딩(retarding) 전압을 변화시키도록 하여도 된다. 또, 상기 검출기가 EB-CCD이어도 된다. 또한, 검출기는, MCP 및 TDI-CCD를 구비하고 있어도 된다.
청구항 4에 기재된 본 발명에 의하면, 전자선식 시료 표면 검사장치에 있어서, 시료 표면에 조사하는 전자빔을 발생시키는 전자총과, 상기 전자빔을 상기 시료 표면으로 유도하기 위한 1차 광학계와, 상기 시료 표면으로부터 발생하는 2차 전자를 검출하는 검출기와, 상기 2차 전자를 상기 검출기로 유도하는 2차 광학계를 구비하는 전자선식 시료 표면 검사장치에서, 상기 시료 표면의 전위를 상기 전자빔의 양에 따라 변화시키는 전압 조정기구를 가지는 것을 특징으로 하는 전자선식 시료 표면 검사장치가 제공된다.
상기 발명에서, 상기 전압 조정기구로서, 시료 표면에 조사된 전자빔의 양에 따라, 시료 전압 또는 리타딩 전압을 변화시키는 수단을 가지고 있어도 된다.
또, 상기 검출기가 EB-CCD이어도 된다. 또한, 검출기는, MCP 및 TDI-CCD를 구비하고 있어도 된다.
상기 본 발명에 관한 반도체 소자의 결함 검사 등을 행하는 시료의 표면 검사방법 및 장치에서, 반도체 웨이퍼 상에 조사된 전자빔에 의해 시료 표면으로부터 발생한 2차 전자를 검출기로 유도하는 2차 광학계는 4극자 렌즈를 포함하고, 또한, 복수의 정전 렌즈에 의하여 검출기 상에 결상시키는 단계를 포함하고 있는 것이 바람직하다.
또한, 2차 전자의 검출기는, 상기 MCP와 TDI-CCD외에, 형광판을 MCP와 TDI-CCD의 사이에 구비하고 있어도 된다. 또, MCP와 TDI-CCD대신 EB-TDI이어도 되고, 또한 EB-CCD이어도 된다.
상기 발명에서, 전압 조정기구 또는 리타딩 전압을 변화시키는 수단으로서는, 외부 신호에 의해 출력 전압을 변화시키는 안정화 직류 전원과, 그것을 제어하는 컴퓨터로 이루어지고, 컴퓨터에 안정화 전류 전원의 출력값(출력 전압)이 원하는 값이 되도록 커맨드(command)를 입력하여, 시료 표면의 전위를 변화시키는 것이 있다.
청구항 7에 기재된 발명에 의하면, 전자선을 사용하여 시료에 형성된 패턴을 검사하는 검사방법에 있어서, 피검사 패턴을 검사할 때는, 센서의 동작 주파수에 동기한 주파수로 시료를 유지하는 스테이지를 움직이고, 다른 피검사 패턴으로 이동할 때는, 이동에 필요로 하는 시간이 최단이 되도록 스테이지의 이동 속도를 제어하는 것을 특징으로 하는 검사방법이 제공된다.
상기 검사방법에서, 피검사 패턴은 다른 단면 구조 또는 다른 재료로 구성되는 적어도 2개 이상의 패턴에 있어서, 복수의 패턴을 동시에 검사하도록 하여도 된다.
청구항 9에 기재된 발명에 의하면, 전자선을 사용하여 시료에 형성된 패턴을 검사하는 검사장치에 있어서, 상기 시료를 유지하는 유지기구와, 상기 유지기구를 탑재하고 있어 적어도 일 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 시료를 향하여 전자선을 조사하는 전자를 발생시키는 전자선원(電子線源)과, 상기 전자선원으로부터 발생한 전자선을 상기 시료에 조사하기 위하여 상기 전자선을 상기 시료로 유도하는 제 1 전자 광학계와, 상기 시료로부터 발생한 전자를 검출하는 검출기와, 상기 전자를 상기 검출기로 유도하는 제 2 전자 광학계를 구비하고, 상기 패턴을 검출할 때 상기 스테이지는 상기 검출기의 동작 속도에 동기한 속도로 이동시키고 또한 상기 시료 상의 다른 패턴으로 이동할 때는 상기 스테이지의 속도를 가속시키도록 제어하는 제어장치를 가지는 것을 특징으로 하는 검사장치가 제공된다.
상기 검사장치에서, 상기 검사 패턴은 다른 단면 구조 또는 다른 재료로 구성되는 적어도 2개 이상의 패턴에 있어서, 복수의 패턴을 동시에 검사하도록 되어 있어도 된다.
본원의 청구항 11에 기재된 발명에 의하면, 전자선을 사용하여 시료 상에 형성된 패턴을 검사하는 검사장치에 있어서, 상기 시료를 유지하는 유지기구와, 상기 유지기구를 탑재하고 있어 적어도 일 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 시료를 향하여 전자선을 조사하는 전자를 발생시키는 전자선원과, 상기 전자선원으로부터 발생한 전자선을 상기 시료에 조사하기 위하여 상기 전자선을 상기 시료로 유도하는 제 1 전자 광학계와, 상기 시료로부터 발생한한 전자를 검출하는 검출기와, 상기 전자를 상기 검출기로 유도하는 제 2 전자 광학계를 구비하고, 상기 스테이지를 연속적으로 이동시켜서 상기 패턴을 검출할 때, 상기 전자선의 상기 패턴에 대한 조사 형상이, 상기 패턴에 미리 전자가 조사되도록 상기 패턴의 상기 스테이지의 이동 방향에 따른 길이보다, 긴 조사 형상인 것을 특징으로 하는 검사장치가 제공된다.
또, 청구항 12에 기재된 발명에 의하면, 전자선을 사용하여 시료 상에 형성된 패턴을 검사하는 검사장치에 있어서, 상기 시료를 유지하는 유지기구와, 상기 유지기구를 탑재하고 있어 적어도 일 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 시료를 향하여 전자선을 조사하는 전자를 발생시키는 전자선원과, 상기 전자선원으로부터 발생한 전자선을 상기 시료에 조사하기 위하여 상기 전자선을 상기 시료로 유도하는 제 1 전자 광학계와, 상기 시료로부터 발생한 전자를 검출하는 검출기와, 상기 전자를 상기 검출기로 유도하는 제 2 전자 광학계를 구비하고, 상기 검사장치는, 상기 스테이지를 연속적으로 이동시켜서 상기 패턴을 검출할 때, 상기 전자선의 상기 패턴에 대한 조사 형상이 상기 패턴에 미리 전자가 조사되도록, 상기 스테이지의 동작에 연동시켜서 상기 전자빔의 조사 형상을 제어하는 제어장치를 가지는 것을 특징으로 하는 검사장치가 제공된다.
상기 본 발명에 의한 시료 표면 검사장치에서, 반도체 웨이퍼 등의 시료 상에 조사된 전자빔에 의해 시료 표면으로부터 발생한 2차 전자를 검출기로 유도하는 2차 광학계가 4극자 렌즈를 포함하고 있고, 또한 복수의 정전 렌즈에 의하여 검출기 상에 결상되는 단계를 포함하고 있어도 된다.
또, 시료로부터 발생되는 2차 전자의 검출기는, TDI와 형광판을 구비하고 있어도 된다.
또한, 2차 전자의 검출기는 상기 형광판과 TDI-CCD외에 MCP를 형광판의 앞에 구비하고 있어도 된다.
또, MCP와 TDI-CCD대신 EB-TDI이어도 되고, 또한 EB-CCD이어도 된다. 또 MCP와 EB-CCD의 조합이어도 된다.
상기 검사장치에서, 상기 검사되는 패턴은 다른 단면 구조 또는 다른 재료로 구성되는 적어도 두개 이상의 패턴이고, 복수의 패턴을 동시에 검사하도록 되어 있어도 된다.
상기한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 반도체 디바이스의 제조공정에서의 웨이퍼, 기판 등의 시료 표면 검사에서, 시료 전압을 상기 전자빔의 양에 따라 변화시킴으로써 정밀도가 좋은 표면 검사를 행할 수 있고, 반도체 디바이스의 품질과 스루풋(throughput)의 향상을 도모할 수 있다.
또, 시료 표면 검사에서, 오버레이의 검출을 행할 수 있고, 따라서, 반도체 디바이스 제조에서의 정밀도가 좋은 시료 표면 검사장치를 공급할 수 있다.
또한, 반도체 디바이스의 제조에서, 오버레이의 검출을 재빨리 고정밀도로 행할 수 있고, 따라서, 반도체 디바이스 제조에서의 정밀도가 좋은 결함 검사장치를 공급할 수 있다.
도 1은 본 발명의 표면 검사방법을 실시하는 장치의 개략 구성도,
도 2는 도 1의 주요부의 상세를 나타낸 도,
도 3은 예비 환경실을 복수 설치한 표면 검사장치의 실시예를 나타내는 도,
도 4는 기판 전압 또는 리타딩 전압의 제어 플로우도,
도 5는 기판 전압 또는 리타딩 전압의 다른 제어 플로우도,
도 6은 블랭킹 신호의 다른 실시예를 나타내는 도,
도 7은 기판 전압 또는 리타딩 전압과 EB-CCD와 블랭킹 신호의 관계를 나타내는 도,
도 8은 2차 광학계의 결상 조건을 설명하는 도,
도 9는 오버레이의 개념도,
도 10은 검사 에어리어(area)를 나타내는 개념도,
도 11은 오버레이 마크 배치의 개념도,
도 12는 본 발명의 표면 검사방법을 실시하는 장치의 실시예의 개략 구성도,
도 13은 오버레이의 패턴을 나타내는 도,
도 14는 스테이지의 이동을 설명하는 개념도,
도 15는 오버레이 촬상의 원리를 설명하는 도,
도 16은 시간차를 둔 촬상의 개념도를 나타내는 도,
도 17은 본 발명의 다른 실시예를 나타내는 도,
도 18은 본 발명의 또 다른 실시예를 나타내는 도,
도 19는 전자빔 형성원리를 설명하는 도,
도 20은 블랭킹의 동작 개념도,
도 21은 블랭킹 방향 개념도,
도 22는 전자빔의 조사 사이즈 및 촬상 개념을 나타내는 도,
도 23은 전자빔의 조사 사이즈 및 스테이지를 되돌려 동작시킨 경우의 촬상 개념을 나타내는 도,
도 24는 렌즈 수차 조사를 위한 패턴 분포의 일례를 나타내는 도면이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1, 1a : 시료 검사장치 2, 2a : 1차 광학계
3 : 2차 광학계 4 : 검출계
5, 5a : 스테이지 장치
12 : 챔버 21, 21a : 전자총
23 : E×B 필터 41, 41a : 검출기
42 : 기억장치
이하에, 본 발명에 관한 결함 등의 시료 표면 검사방법의 실시 형태에 대하여 설명한다.
도 1에서, 본 실시 형태의 시료 표면의 결함 등의 표면 검사방법을 행하는 장치 전체를 1로 나타내고 있다. 상기 도면에서, 2는 1차 전기 광학계(이하, 간단하게 1차 광학계), 3은 2차 전기 광학계(이하, 간단하게 2차 광학계), 4는 검출계, 5는 공지의 구조의 방진대(防振臺) 위에 설치된 스테이지 장치이고, 이들은 챔버(12)를 획정(劃定)하는 하우징(11) 내에 수납되어 있다. 챔버(12)는 도시 생략한 장치에 의해 원하는 분위기, 예를 들면 진공 분위기로 제어되도록 되어 있다.
예를 들면 웨이퍼, 기판과 같은 시료(이하 이 실시 형태의 설명에서는 시료로서 웨이퍼를 사용한 예에 대하여 설명한다)(W)는 공지의 구조, 기능을 가지는 스테이지 장치(5)의 웨이퍼 유지대(51)의 위에, 예를 들면 정전척 등의 공지의 수단에 의해 떼어냄 가능하게 고정되도록 되어 있다. 상기 웨이퍼 유지대(51)는 직교 2축 방향 즉 X-Y 방향의 적어도 일 방향으로 연속적 또는 스텝 앤 리피트(step and repeat)식으로 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 방진대의 방진 구조는 비접촉형 베어링으로 구성되어 있어도 된다.
도 2에 상세하게 나타내는 바와 같이, 1차 전자빔을 조사하는 1차 광학계의 전자총(21)으로서는, 열전자 방출형 또는 쇼트키형의 전자총이 사용될 수 있다. 전 자총(21)으로부터 방출된 1차 전자빔(B1)은, 1차 광학계의 4중극자 렌즈(22) 등을 거쳐 그 형상이 갖추어지고, 웨이퍼 유지대(51) 상에 탑재되어 있는 시료 즉 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다. 이때, 1차 전자빔은 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터 또는 빈 필터(Wien filter)(23)를 통하여 웨이퍼 표면으로 유도된다. 1차 광학계(2)의 전자총(21)으로부터 방출된 1차 전자빔의 형상은, 검출계(4)의 검출기(41)를 구성하는 TDI-CCD 또는 CCD의 화소에 상당하는 영역보다 넓은 범위에 균일한 분포로 조사되도록 형성된다.
1차 전자빔의 조사에 의해 웨이퍼(W)의 표면에서는 1차 전자빔의 에너지를 따라 2차 전자(B2)가 발생한다. 이 2차 전자는, 웨이퍼의 근방에 배치되어 있는 전극에 의하여 검출기측에 기설정된 운동 에너지를 가질 때까지 가속된다. 가속된 2차 전자(B2)는 앞의 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터 또는 빈 필터(23)를 직진하고, 2차 전기 광학계(이하 간단하게 2차 광학계)(3)로 유도된다. 이때 웨이퍼 표면은 1차 전자빔의 조사에 의해 대전하고 2차 전자가 설계된 기설정된 운동 에너지까지 가속되지 않는 경우가 있다. 이 경우 2차 전자는 검출기(41)의 검출면 상에서 결상할 수 없어, 상이 얻어지지 않거나, 상이 흐려진다. 그래서, 미리 전자빔의 조사에 의한 웨이퍼 표면의 대전량을 계산하고, 시료 전압 또 리타딩 전압을 계산된 대전량에 맞추어 변화시켜 둔다. 이에 따라, 전자빔의 조사에 의한 대전량도 포함시켜서 기설정된 운동에너지까지 2차 전자를 가속할 수 있다.
2차 전자는 2차 광학계(3)에 의해 사상영상으로서 검출기(41) 상에 결상된다. 2차 전기 광학계(3)를 구성하는 전기적 렌즈 또는 정전 렌즈(31)는, 복수매의 동축상에 배치된 개구부를 가지는 전극, 또는 동축형상으로 배치된 복수의 전극군으로 구성되고, 이들 렌즈가 또한 복수단(段)에 배치된다. 전기적 렌즈는, 2차 전자가 가지는 화상 정보를 확대하고, 또한, 웨이퍼(W) 상의 위치 및 표면 정보를 잃지 않도록, 사상정보로서, 검출기로 유도한다.
검출기(41)는 MCP[멀티 채널 플레이트(Multi-channel plate)]와 형광판 및 TDI-CCD 또는 EB-CCD 또는 EB-TDI로 구성되어 있다. MCP에서 증배(增配)된 전자는, 형광판에 의해 광으로 변환되고, 이 광 신호가 TDI-CCD에 도입되어 화상 신호로서 출력된다. 또, 2차 전자는 직접 EB-CCD에 도입되어 화상 신호로 변환되어도 된다.
또한, 1차 및 2차 광학계, 및 검출계의 각 구성 요소는 공지의 구조, 기능을 가지는 것이므로 상세한 설명은 생략한다.
웨이퍼(W)를 유지하는 스테이지 장치(5)에는, 검출기가 TDI-CCD 또는 EB-TDI인 경우에, 연속적으로 움직이는 것이 가능한 구조로 되어 있다. 또, TDI-CCD 또는 EB-TDI인 경우에는, 스테이지는 연속적인 움직임뿐만 아니라, 이동 정지를 반복하는 것도 가능하게 구성되어 있다.
검출기가 CCD 또는 EB-CCD인 경우는 스테이지는 이동 정지를 반복하는 것도 가능하다.
스테이지의 위치는, 도시 생략하나, 항상 레이저 간섭계에 의하여 공지의 방법으로 측정되어 있고, 미리 지정된 목표값과 레이저 간섭계로 측정된 현재값과의 비교를 행하여, 그 잔차(殘差)에 따라 잔차를 보정하는 신호를 2차 광학계(3)의 정전 렌즈 제어 유닛(도시 생략)으로 보낸다. 스테이지의 이동, 정지 또는 그 사이의 속도 불균일, 미소(微少) 진동을, 상기 정전 렌즈로 2차 전자의 궤도를 수정함으로써 보정하고, 검출기의 검출면에서는 항상 안정적인 결상 상태가 되도록 보정하는 보정 기구를 가지고 있다. 스테이지 장치에는 브레이크(도시 생략)가 설치되어 있어, 정지시에 브레이크를 사용하여 정지하고, 정지 중의 미진동(微振動)을 억제하거나 또는 없애는 것도 가능하다.
검출기가 TDI 또는 EB-TDI인 경우, 스테이지의 이동거리를 레이저 간섭계에 의하여 측정하고, 정해진 거리를 이동할 때마다 TDI 또는 EB-TDI의 화상 데이터를 전송시키는 기능을 가지고 있다.
검출기(41)에 의하여 얻어진 전기적 화상 정보는, 기억장치(42)에 기억된다. 이 기억장치(42)는, TDI-CCD를 제어하기 위한 제어부에 포함되어 있고, TDI-CCD의 제어 타이밍과 기억 타이밍과의 동기가 취해진다. 화상 신호는 도시 생략한 화상 처리장치에 공지의 방법으로 입력되고, 그곳에서 신호처리 즉 화상 해석이 공지의 방법으로 행하여지며, 결함 부분의 특정과, 결함의 종류를 판별하여, 관측자에게 알림과 동시에 기억매체에 기억시키도록 되어 있다.
오버레이 검사의 경우, 먼저 형성된 하층 패턴과 그 위에 형성된 상층 패턴의 직교 2축 방향 즉 X 방향과 Y 방향의 각각의 어긋남 양과 회전각(θ)의 어긋남 양을 화상 해석으로부터 산출하고, 오버레이의 가부를 결정한다.
결함 검사의 경우, 반복 패턴의 패턴끼리의 비교를 행하는 셀 투 셀(cell to cell) 검사나, 다이마다 패턴 매칭에 의한 화상 비교를 행하는 다이 투 다이(die to die) 검사를 행한다. 또, 다른 많은 다이와의 비교를 행하는 다이 투 애니 다이(die to any die) 검사나, 미리 설계에서 정해진 패턴과 비교하는 다이 투 캐드 데이터(die to CAD data) 검사이어도 된다. 결함의 유무는 비교 화상과의 차분을 구하여, 차분이 큰 곳을 결함으로 한다.
또, 결함 검사의 경우, 산화막 전사 패턴이나, 배선 등의 물리 결함이나 전기적 쇼트 결함이나 전기적 오픈 결함인 전위 콘트라스트 또는 볼티지 콘트라스트의 검출도 가능하다. 검사 대상은 제품 웨이퍼이거나, TEG(테스트 엘리멘트 그룹)이거나, 레티클이나 마스크이어도 된다.
검사는 오프라인 검사와 온라인 검사의 양쪽이 선택 가능하고, 온라인 검사의 경우 검사 결과를 반도체 제조라인에 직접 전기 신호 등으로서 신호선을 통하여 피드백하는 것도 가능하다. 또 오프라인 검사의 경우에도, 검사 결과를 본 검사장치의 단말로부터 직접 입력하여 반도체 제조라인에 전기 신호 등으로서 신호선을 통하여 피드백하는 것이 가능하다. 반도체 제조라인의 호스트 컴퓨터와 통신하여, 검사 결과를 제조공정의 품질 관리에 사용하여도 된다.
다음에, 검사 전의 웨이퍼(W)를 챔버(12) 내의 스테이지 장치(5)에 탑재하고, 또 검사 후의 웨이퍼(W)를 스테이지 장치로부터 추출하는 동작에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
시료 표면 검사장치(1)의 챔버(12)에 인접하여 배치된 예비 환경실(62)은, 반도체 제조 프로세스에서, 웨이퍼가 외부에서 반입될 때의 환경으로부터 웨이퍼 유지대(51)를 가지는 스테이지 장치(5)가 배치된 챔버(12) 내의 환경으로 변화되고, 예비 환경실(62) 내 및 챔버(12) 내의 환경이 일치하였을 때, 예비 환경실(62) 로부터 웨이퍼 유지대로 검사 전의 웨이퍼를 반입할 수 있게 되어 있다.
구체적으로는, 공지의 방진 구조를 구비한 방진대 및 그 위에 배치되고 또한 웨이퍼 유지대(51)를 가지는 스테이지 장치(5)가 배치된 챔버(12)를 획정하는 하우징(11)과 예비 환경실(62)을 획정하는 하우징(61)과의 사이에는 게이트 밸브(63)가 설치되고, 챔버(12)와 예비 환경실(62)은 게이트 밸브(53)를 거쳐 선택적으로 연통 또는 차단 가능하게 되어 있다. 또한, 예비 환경실(62)과 챔버 내의 웨이퍼를 예비 환경실로 도입하기 위한 다른 게이트 밸브 또는 플랜지를 가지고 있어도 된다. 여기서, 웨이퍼가 예비 환경실(62)과 챔버(12)와의 사이에서 게이트 밸브(63)를 통해 반송될 때, 양자의 환경은 거의 동일한 환경(예를 들면, 진공도 10-5[Pa]∼10-6[Pa] 정도의 진공 상태)으로 유지되어 있다.
반도체 제조 프로세스에서, 다음 공정으로 반송되기 전에 검사를 받는 웨이퍼는 다음 공정으로 반송하기 위한 환경으로 유지되어 있기 때문에, 먼저 예비 환경실은 이 다음 공정으로 반송하기 위한 환경이 되도록, 어느 것이나 공지의 구조의 가스 공급장치(도시 생략) 및, 진공 배기장치에 의하여 공지의 방법으로 제어된다. 다음 공정으로 반송하기 위한 환경과 예비 환경실의 환경(진공 상태)이 동일해지면, 웨이퍼를 예비 환경실로 도입하기 위한 다른 게이트 밸브 또는 플랜지를 개방하거나 또는 열어, 웨이퍼를 예비 환경실(62) 내로 도입하고, 앞의 진공배기계 및 가스 공급장치를 제어하고, 웨이퍼 유지대(51)가 있는 환경 즉 챔버(12) 내의 환경과 동일한 환경(진공 상태)으로 한다.
그 후, 챔버(12)와 예비 환경실(62)을 칸막이하고 있는 게이트 밸브(63)를 열어 검사 전의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지대(51)로 반입한다(이것을 로드라 부른다). 검사 전의 웨이퍼의 상기 반입이 종료하면, 게이트 밸브(63)를 폐쇄하고, 웨이퍼 유지대가 있는 환경을 검사에 적합한 환경으로 하여, 검사를 개시한다.
검사가 종료한 웨이퍼를 웨이퍼 유지대(51)로부터 반출하고(이것을 언로드라 부른다), 웨이퍼를 다음 공정으로 반송하는 경우에는, 반입시와 반대의 동작을 하게 하면 된다. 여기서, 진공 배기장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 터보 분자 펌프(66)와 드라이 루츠 펌프(67)와의 조합이 바람직하지만, 드라이 루츠 펌프 대신 오일 미스트 트랩 또는 몰레큘러시브(molecular sieve)가 부착된 로터리 펌프이어도 된다.
도 3에 예비 환경실(62)을 복수(여기서는 2개) 구비한 경우의 실시 형태를 나타낸다. 검사 대상의 웨이퍼의 로드와 언로드를 동시에 병행하여 행하여도 된다. 또한 예비 환경실에 동시에 복수의 웨이퍼를 스톡하는 기능을 가져도 된다. 이 경우 게이트 밸브 조작을 적게 할 수 있고, 효율적인 검사와 로드 및 언로드가 가능하다.
도 4에서, 웨이퍼 전압(기판 전압, 시료 전압 또는 리타딩 전압이라고도 하나, 여기서는 통일하여 웨이퍼 전압이라 부른다)의 제어 플로우가 나타나 있다. 도 4에 나타나는 플로우는, CCD 또는 EB-CCD 또는 TDI-CCD의 스틸 모드에 의한 1 쇼트 촬상에서의 플로우를 나타낸다. 여기서, 웨이퍼 전압(기판 전압, 시료 전압 또는 리타딩 전압)이란 웨이퍼, 기판 등의 시료에 미리 가해져 있는 전압을 말한다.
이것은, 전류 밀도의 신호와 블랭킹 신호로부터 Dose량(전자선의 투여량으로, 웨이퍼, 기판 등의 시료 상의 단위 면적당 조사되는 하전(荷電)량을 이르는 것으로, 이하 Dose량이라 부른다)을 계산하고, 블랭킹 신호에 의하여 EB-CCD의 제어를 행하고 있는 실시예이다.
전자총의 전자 전류값로부터 전류 밀도(Je)가 산출된다. 이 전류 밀도(Je)와 블랭킹 신호의 블랭킹 해제시간(τs)으로부터 웨이퍼 표면의 Dose량이 계산된다.
여기서 Dose량=Jeㆍτs
시료 표면 즉 웨이퍼 표면의 정보 예를 들면, 레지스트 두께(d), 비유전율(εr)로부터 단위 면적당의 웨이퍼 표면의 정전용량(C)을 구한다.
여기서 C=εrㆍεO/d(단위면적은 cm2로 계산, εO는 진공 중의 유전율)
또, CV= Q로부터
웨이퍼 표면전압의 변화량 ΔV=Q/C
여기서 웨이퍼 표면전압이란, 기판 표면전압 또는 시료 표면전압이라고도 불리우고, 미리 가해진 웨이퍼 전압과, 웨이퍼에 전자빔이 조사됨으로써 가하여지는 전압을 가하여 합친(중첩한) 전압을 말한다.
한편 Q는 웨이퍼 표면에 조사된 총전자량이기 때문에, 랜딩 에너지(LE)(keV) 일 때의 2차 전자 방출률을
Figure 112008053282462-pct00001
라 하면
Q=Dose량ㆍ(1-
Figure 112008053282462-pct00002
)= Jeㆍτsㆍ(1-
Figure 112008053282462-pct00003
)가 된다.
따라서, 웨이퍼 표면전압의 변화량(ΔV)은 ΔV=Jeㆍτsㆍ(1-
Figure 112008053282462-pct00004
)ㆍd/εrㆍεO로 나타내어진다.
따라서, 웨이퍼 전압(또는 리타딩 전압)(RTD)은
RTD+ΔV=설계값(2차 전자 인출 전압)을 만족하도록 조정하면 된다.
도 5는 웨이퍼 전압의 다른 제어 플로우를 나타낸다.
이것은, EB-CCD의 신호를 기초로 블랭킹 신호를 정하고, 그 블랭킹 신호와 전류 밀도 신호로부터 Dose량을 정하는 경우의 실시예이다.
도 6은, CCD 또는 EB-CCD 또는 TDI-CCD의 스틸 모드에 의한 1 쇼트 촬상을 연속하여 복수회 행하는 경우의 웨이퍼 전압과 EB-CCD와 블랭킹 신호와의 관계를 나타낸다. 촬상마다 Dose량이 변하기 때문에, 그때마다 웨이퍼 전압(리타딩 전압)을 조정해야한다. 즉 웨이퍼 전압을 그때마다 조정함으로써, 항상 동일한 화상이 얻어지게 되고, 그들의 화상을 적산함으로써, 더욱 S/N 비가 높은 화상을 취득할 수 있고, 화상 해석의 정밀도를 향상시키는 것이 가능하다.
또한, 적산 회수는 임의의 회수로 할 수 있다. 즉, 웨이퍼의 조건 등에 따른 최적의 적산 회수를 미리 설정할 수 있다. 이에 따라 웨이퍼에 따른 최적의 검사조건으로 검사를 실시할 수 있다.
도 7는 블랭킹 신호의 다른 실시예를 나타낸다. 이 경우 EB-CCD의 노광시간 중에 복수회의 블랭킹 해제가 행하여지게 되기 때문에, 웨이퍼 표면전압의 변화량(ΔV)은,
ΔV=Jeㆍ∑(τn)ㆍ(1-
Figure 112008053282462-pct00005
)ㆍd/εrㆍεO로 나타난다.
이와 같이, 웨이퍼 전압과 웨이퍼 표면전압의 변화분의 합이 2차 광학계의 결상 조건을 만족하도록 Dose량을 조정함으로써, 화상을 취득할 수 있다. 노광시간과 블랭킹 해제시간은 상대적으로 임의로 정하는 것이 가능하다. 즉 블랭킹 해제시간이 노광시간보다 길어도 된다. 이 경우 Dose량의 계산은 τs 대신 노광시간을 대입한다.
도 8에서 구체적인 2차 광학계의 결상 조건에 대하여 설명한다. 전자총으로부터 발생한 1차 전자빔은 1차 광학계(도 8에서 나타내지 않음)를 거쳐, 시료로서의 웨이퍼(또는 기판)의 표면에 조사된다. 이 웨이퍼 표면으로부터는 전자빔의 조사에 의하여 2차 전자가 발생한다. 이 2차 전자를 웨이퍼 전압(또는 리타딩 전압)과 2차 광학계에 있는 전극의 전압과의 조합에 의하여 2차 광학계로 유도한다. 이때, 2차 전자는 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족하도록 유도되고, EB-CCD로 대표되는 검출기의 검출면 상에서 결상한다.
전자빔의 조사에 의해 웨이퍼의 표면의 전위가 변화하는 경우, 웨이퍼 전압과 2차 광학계에 있는 전극의 전압과의 조합이 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족시키지 못하게 되고, 결과적으로 검출기의 검출면 상에서 결상할 수 없게 된다.
그래서, 웨이퍼 전압과 2차 광학계에 있는 전극의 전압과의 조합에, 미리 전자빔의 조사에 의하여 변화하는 웨이퍼 표면의 전위 만큼을 중첩한다.
전자총으로부터 발생한 1차 전자빔은 1차 광학계(도 8에서 나타내지 않음)를 거쳐, 시료로서의 웨이퍼(또는 기판)의 표면에 조사된다. 이때, 전자빔은 기판 상에 형성된, 적어도 두 종류의 다른 재질로 이루어지는 패턴 또는 적어도 두 종류의 단면구조로 이루어지는 패턴에 동시에 조사된다. 또, 사상 광학계에서의 시야보다도 넓은 영역에 전자빔을 조사한다. 이 웨이퍼 표면으로부터는 전자빔의 조사에 의하여 2차 전자가 발생한다. 이 2차 전자를 웨이퍼 전압(또는 리타딩 전압)과 2차 광학계에 있는 전극의 전압과의 조합에 의하여 2차 광학계로 유도한다. 이때, 2차 전자는 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족하도록 유도되고, EB-CCD로 대표되는 검출기의 검출면 상에서 결상한다. 이와 같이, 기판 상에 형성된, 적어도 두 종류의 다른 재질로 이루어지는 패턴 또는 적어도 두 종류의 단면구조로 이루어지는 패턴에 동시에 조사함으로써, 기판 상의 다른 종류의 재질 또는 단면구조의 각각의 차지 업의 양이 달라, 어느 한쪽의 재질 또는 단면구조의 차지 업의 양에 맞춘 기판 전압 또는 리타딩 전압의 설정을 행함으로써, 기판 상의 다른 종류의 재질 또는 단면구조에 의한 콘트라스트를 강조하여 결상하는 것도 가능하다.
또, 사상 광학계에서의 시야보다도 넓은 영역에 전자빔을 조사함으로써, 화상의 X 방향 및 Y 방향의 대상성을 확보할 수 있고, 실화상(실제의 패턴)에 충실한 확대 화상을 얻을 수 있다.
전자빔의 조사 전에는, 2차 광학계의 웨이퍼 전압(또는 리타딩 전압)과 2차 광학계에 있는 전극의 전압과의 조합은, 미리 설계에서 정해진 결상 조건으로 되어 있지 않지만, 전자빔의 조사에 의한 웨이퍼 표면의 전위에 변화가 생겼을 때, 2차 전자는 2차 광학계의 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족하여, 검출기의 검출면 상에서 결상한다.
웨이퍼 전압과 2차 광학계에 있는 전극의 전압의 조합은, 기판, 웨이퍼 등의 시료의 종류 또는 표면의 재료와 전자빔의 전류값 또는 전류 밀도 또는 에너지에 의하여 자유롭게 설정할 수 있다.
웨이퍼 전압과 2차 광학계에 있는 전극의 전압의 조합은 전자빔을 복수회 조사한 후에 2차 전자가 2차 광학계의 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족하도록 설정하여도 된다.
웨이퍼 전압과 2차 광학계에 있는 전극의 전압의 조합은, 전자빔의 조사마다 2차 전자가 2차 광학계의 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족하도록 설정하고, 전자빔을 복수회 조사하였을 때, 조사마다 웨이퍼 전압과 2차 광학계에 있는 전극의 전압의 조합을 2차 전자가 2차 광학계의 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족하도록 하여도 된다. 이 경우, 조사마다 얻어진 화상을 적산하는 것도 가능하다.
스테이지나 전자빔을 스캔하여 스캔상을 얻는 경우, 전자빔의 전류 밀도 또는 전류값과 스테이지 또는 전자빔의 스캔 속도에 맞추어, 기판전압 또는 리타딩 전압과 2차 광학계에 있는 전극의 전압의 조합을, 2차 전자가 2차 광학계의 미리 설계에서 정해진 결상 조건을 만족하도록 하여도 된다.
다음에, 오버레이 검사방법의 실시 형태에 대하여 설명한다.
먼저, 오버레이 검사에 대한 개념도를 도 9에 나타낸다. 도 9에서, 100은 실리콘 기판, 101은 산화막층, 102는 하층 패턴, 103은 형성막층, 104는 노광현상 후 의 레지스트층을 나타낸다. 반도체 제조공정에는 다수의 에칭 공정이 있다. 에칭 공정은 에칭하고 싶은 형성막 예를 들면 산화막(103)의 위에 레지스트를 도포하고, 그 레지스트를 광 또는 전자빔에 의하여 노광, 현상하여 레지스트층(104)에 원하는 패턴(105)을 형성하고, 에칭에 의해 레지스트층이 없는 부분의 형성막 예를 들면 산화막을 제거함으로써 원하는 패턴으로 하는 것이다.
제 1 에칭 공정에서 만들어진 패턴(이하 여기서는 오버레이 마크의 패턴이라 한다)(102)의 위에 매립하고, 새로운 막의 형성 공정이 있고, 그곳에서 형성된 막의 에칭이 필요해진다. 이때, 전공정(前工程)에서 만들어진 패턴(하층 패턴)(102)과 앞으로 에칭하는 패턴(상층 패턴)(105)이 설계에 따라 일치하고 있어야 한다. 그래서 위치 맞춤 용의 마크를 사용하여, 하층 패턴(102)과 상층 패턴(105)과의 일치성을 검사한다.
상층 패턴의 에칭을 위하여, 하층 패턴의 위에는 이미 레지스트가 도포되어 있고, 하층 패턴은 이 레지스트를 통하여 관찰 또는 관측해야 한다. 또, 오버레이의 검사에서는 상층 패턴과 하층 패턴은 동시에 관찰 또는 관측할 수 있어야 한다.
오버레이 검사에서는 하층 패턴은 주로 레지스트나 산화막의 아래에 존재하는 경우가 많다. 경우에 따라서는 도전성을 가진 층의 밑에 있는 경우도 있다. 상층 패턴은 레지스트의 노광에 의하여 형성되는 경우가 주(主)이고, 노광만인 경우와 포스트 베이크된 경우, 현상까지 된 경우가 있다.
도 10에 검사 에어리어의 개념도를 나타낸다. 오버레이 검사는 모든 다이에 대하여 행하는 것은 아니고, 예를 들면, 도 2에서 D1 내지 D8과 같이, 기설정된 한 정된 다이에 대하여 행한다. 따라서, 피검사 다이 사이의 이동에 필요로 하는 시간을 단축하기 위하여, 피검사 다이 사이의 이동은 스테이지의 최대 속도까지 가속한다.
도 11에 오버레이 마크 배치의 개념도를 나타낸다. 오버레이 마크는 각 다이 중에 도 11에 나타내는 바와 같이 배치되는 경우가 있다. 검사는 모든 오버레이 마크에 대하여 행하는 것은 아니고, 기설정된 한정된 마크에 대하여 행하는 경우도 있다. 따라서, 마크 사이의 이동에 필요로 하는 시간을 단축하기 위하여, 마크 사이의 이동에서는 스테이지를 최대 속도까지 가속한다.
도 12에서, 본 실시 형태의 시료 표면의 결함 등의 표면 검사방법을 행하는 장치가 전체를 1로 나타나고 있다. 이 실시예의 장치는, 컴퓨터(computer)가 스테이지 제어 유닛과 기억장치(41)에 접속되어 있는 것 이외는 도 1의 실시예와 동일하므로, 공통된 부분의 구조 및 동작의 설명은 생략한다.
예를 들면 웨이퍼, 기판과 같은 시료(이하 이 실시 형태의 설명에서는 시료로서 웨이퍼를 사용한 예에 대하여 설명한다)(W)는 공지의 구조, 기능을 가지는 스테이지 장치(5)의 웨이퍼 유지대(51)의 위에, 예를 들면 진공척 등의 공지의 수단에 의해 떼어냄 가능하게 고정되도록 되어 있다. 이 웨이퍼 유지대(51)는 직교 2축 방향 즉 X-Y 방향의 적어도 일 방향으로 연속적 또는 스텝 앤 리피트식으로 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 방진대의 방진 구조는 비접촉형 베어링으로 구성되어도 된다.
도 2에 상세하게 나타내는 바와 같이, 1차 전자빔을 조사하는 1차 광학계의 전자총(21)으로서는, 열전자 방출형 또는 쇼트키형의 전자총이 사용될 수 있다. 또한, 전자총은 1차 광학계의 구성요소와 다르게 하여도 된다. 전자총(21)으로부터 방출된 1차 전자빔(B1)은, 1차 광학계의 4중극자 렌즈(22) 등을 거쳐 그 형상이 갖추어지고, 웨이퍼 유지대(51) 상에 탑재되어 있는 시료 즉 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다. 이때, 1차 전자빔은 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터 또는 빈 필터(28)를 통하여 웨이퍼 표면으로 유도된다.
전자빔은, 시료의 조사 영역의 사이즈가 시료 표면의 패턴, 특히 오버레이 패턴의 패턴 사이즈보다 커지도록, 1차 광학계의 렌즈에 의하여 형성한다. 또 전자빔은, 그 형상이 대략 원형 또는 타원형이 되도록, 또 빔 강도 분포가 대략 균일해지도록 형성된다. 전자빔은 오버레이 마크의 대략 중심에 조사한다. 전자빔의 시료 표면에 대한 조사는, 1차 광학계(2)의 도중에 있는 블랭킹용의 전극(도시 생략)에 의하여 행하여진다. 시료 표면에 전자빔을 조사하는 경우는 전극의 전압을 OV(제로볼트) 또는 궤도 조정에 필요한 전압으로 하고, 전자빔을 1차 광학계의 대략 중심을 통과시킨다. 전자빔을 시료 표면에 조사하지 않는 경우에는, 전자빔이 완전하게 1차 광학계로부터 벗어나기에 충분한 전압을 블랭킹용의 전극에 인가하고, 전자빔을 1차 광학계를 구성하는 외벽 또는 전용의 전극 등(도시 생략)으로 유도하여, 시료 표면에는 전자빔이 조사되지 않도록 블랭킹한다.
도 13에 오버레이 마크 또는 오버레이 패턴을 나타낸다. 오버레이 마크는 bar in bar 타입이나 bar in box 타입의 패턴을 사용하여도 된다. 바깥쪽의 bar는 레지스트 하층 패턴이고, 안쪽의 bar 또는 box는 레지스트 패턴이며, 노광만, 노광 및 PEB(예비 가열)까지, 또는 현상까지 한 경우의 것이 있다. 하층 패턴은 STI 구조이거나, 메탈 배선, 홈 구조이어도 된다.
1차 전자빔의 조사에 의해 웨이퍼(W)의 표면으로부터는 1차 전자빔의 에너지에 따라 2차 전자(B2)가 발생한다. 이 2차 전자는, 웨이퍼의 근방에 배치되어 있는 전극에 의하여 검출기측에 기설정된 운동에너지를 가질 때까지 가속된다. 가속된 2차 전자(B2)는 앞의 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터 또는 빈 필터(28)를 직진하여, 2차 전기 광학계(이하 간단하게 2차 광학계)(3)로 유도된다. 이때 웨이퍼 표면은 1차 전자빔의 조사에 의해 대전하고 2차 전자가 설계된 기설정된 운동 에너지까지 가속되지 않는 경우가 있다. 이 경우 2차 전자는 검출기(41)의 검출면 상에서 결상할 수 없어, 상이 얻어지지 않거나, 상이 흐려진다. 그래서, 미리 전자빔의 조사에 의한 웨이퍼 표면의 대전량을 계산하고, 시료 전압 또는 리타딩 전압을 계산된 대전량에 맞추어 변화시켜 둔다. 이에 따라, 전자빔의 조사에 의한 대전량도 포함시켜 기설정된 운동 에너지까지 2차 전자를 가속할 수 있다.
2차 전자는 2차 광학계(3)에 의하여 사상영상으로서 검출기(41) 상에 결상된다. 2차 전기 광학계(3)를 구성하는 전기적 렌즈 또는 정전 렌즈(31)는, 복수매의 동축 상에 배치된 개구부를 가지는 전극, 또는 동축형상으로 배치된 복수의 전극군으로 구성되고, 이들 렌즈가 또한 복수단에 배치된다. 전기적 렌즈는, 2차 전자가 가지는 화상 정보를 확대하고, 또한, 웨이퍼(W) 상의 위치 및 표면 정보를 잃지 않도록, 사상정보로서, 검출기로 유도한다.
검출기(41)는 MCP(멀티 채널 플레이트)와 형광판 및 TDI-CCD 또는 EB-CCD 또 는 EB-TDI로 구성되어 있다. MCP에 의해 증배된 전자는, 형광판에 의하여 광으로 변환되고, 이 광 신호가 TDI-CCD에 도입되어 화상 신호로서 출력된다. 또, 2차 전자는 직접 EB-CCD로 도입되어 화상 신호로 변환되어도 된다.
또한, 1차 및 2차 광학계, 및 검출계의 각 구성요소는 공지의 구조, 기능을 가지는 것이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
웨이퍼(W)를 유지하는 스테이지 장치(5)는, 검출기가 TDI-CCD 또는 EB-TDI인 경우에, 연속적으로 움직이는 것이 가능한 구조로 되어 있다. 또, TDI-CCD 또는 EB-TDI의 경우에는, 스테이지는 연속적인 움직임뿐만 아니라, 이동 정지를 반복하는 것도 가능하게 구성되어 있다.
검출기가 CCD 또는 EB-CCD인 경우는 스테이지는 이동 정지를 반복하는 것도 가능하다.
스테이지의 위치는, 도시 생략하나, 항상 레이저 간섭계에 의해 공지의 방법으로 측정되어 있고, 미리 지정된 목표값과 레이저 간섭계로 측정된 현재값과의 비교를 행하고, 그 잔차에 따라 잔차를 보정하는 신호를 2차 광학계(3)의 정전 렌즈 제어 유닛(도시 생략)으로 보낸다. 스테이지의 이동, 정지 또는 그 사이의 속도 불균일, 미소 진동을, 상기 정전 렌즈로 2차 전자의 궤도를 수정함으로써 보정하고, 검출기의 검출면에서는 항상 안정적인 결상 상태가 되도록 보정하는 보정기구를 가지고 있다. 스테이지 장치에는 브레이크(도시 생략)가 설치되어 있어, 정지시에 브레이크를 사용하여 정지하고, 정지 중의 미진동을 억제하거나 또는 없애는 것도 가능하다.
검출계(4)에 의하여 얻어진 전기적 화상 정보는, 도시 생략한 화상 처리장치에 입력되고, 그곳에서 신호처리 즉 화상 해석이 행하여져 결함 부분의 특정과, 결함의 종류를 판별하여, 관측자에게 알리는 동시에 기억매체에 기억시킨다. 오버레이 검사의 경우, 하층 패턴과 상층 패턴의 X 방향과 Y 방향의 각각의 어긋남 양과 회전각(θ)의 어긋남 양을 화상 해석으로부터 산출하여, 오버레이의 가부를 결정한다.
검사는 오프라인 검사와 온라인 검사의 양쪽이 선택 가능하고, 온라인 검사의 경우 검사 결과를 반도체 제조라인에 직접 전기 신호 등으로서 신호선을 통하여 피드백하는 것도 가능하다. 또 오프라인 검사의 경우에도, 검사 결과를 본 검사장치의 단말로부터 직접 입력하여 반도체 제조라인에 전기 신호 등으로서 신호선을 통하여 피드백하는 것이 가능하다. 반도체 제조라인의 호스트 컴퓨터와 통신하여, 검사 결과를 제조공정의 품질 관리에 사용하여도 된다.
다음에, 검사 전의 웨이퍼(W)를 챔버(12) 내의 스테이지 장치(5)에 탑재하고, 또 검사 후의 웨이퍼(W)를 스테이지 장치로부터 추출하는 동작은, 상기 도 1을 참조하여 행한 상기 설명과 동일하므로, 상세는 생략한다. 이 실시 형태에 대해서도 도 3에 나타내는 예비 환경실(62)을 복수(여기서는 2개) 구비한 구성을 적용할 수 있는 것은 물론이다.
전류 밀도의 신호와 블랭킹 신호로부터 Dose량(전자선의 투여량으로 웨이퍼, 기판 등의 시료 상의 단위 면적당 조사되는 하전량을 이르는 것으로, 이하 Dose량으로서 나타낸다)을 계산하고, 블랭킹 신호에 의하여 EB-CCD의 제어를 행하고 있는 것이다.
RTD전압 또는 기판 전압의 제어원리는 상기 실시예와 마찬가지로 다음과 같이 된다. 전자총의 전자 전류값으로부터 전류 밀도(Je)가 산출된다. 이 전류 밀도(Je)와 블랭킹 신호의 블랭킹 해제시간(τs)으로부터 웨이퍼 표면의 Dose량이 계산된다.
여기서 Dose량=Jeㆍτs
시료 표면 즉 웨이퍼 표면의 정보 예를 들면, 레지스트 두께(d), 비유전률(εr)로부터 단위 면적당의 웨이퍼 표면의 정전용량(C)을 구한다.
여기서 C=εrㆍεO/d(단위면적은 cm2로 계산, εO는 진공 중의 유전율)
또, CV= Q로부터
웨이퍼 표면전압의 변화량 ΔV=Q/C
여기서 웨이퍼 표면전압이란, 기판 표면전압 또는 시료 표면전압이라고도 불리고, 미리 가해진 웨이퍼 전압과, 웨이퍼에 전자빔이 조사됨으로써 가해지는 전압을 가하여 합친(중첩한) 전압을 말한다.
한편 Q는 웨이퍼 표면에 조사된 총전자량이기 때문에, 랜딩 에너지(LE)(keV)일 때의 2차 전자 방출률을
Figure 112008053282462-pct00006
이라 하면
Q=Dose량ㆍ(1-
Figure 112008053282462-pct00007
)= Jeㆍτsㆍ(1-
Figure 112008053282462-pct00008
)이 된다.
따라서 웨이퍼 표면전압의 변화량(ΔV)은 ΔV=Jeㆍτsㆍ(1-
Figure 112008053282462-pct00009
)ㆍd/εrㆍεO로 나타내진다.
따라서, 웨이퍼 전압(또는 리타딩 전압)(RTD)은
RTD+ΔV=설계값(2차 전자 인출 전압)을 만족하도록 조정하면 된다.
도 14에 스테이지 동작의 기본 개념도를 나타낸다. 검출기로서 EB-TDI 또는 TDI로 촬상하는 경우에 대하여 스테이지 동작에 대하여 설명한다. 스테이지는 미리 정해진 오버레이 마크의 위치까지, 최대 속도까지 가속하고, 오버레이 마크부에서는, EB-TDI 또는 TDI의 동작 주파수에 동기한 속도로 이동하여 오버레이 마크의 촬상을 행한다. 또, 다른 오버레이 마크로 이동하는 경우, 스테이지는 가속하면서 이동한다.
EB-CCD나 CCD로 촬상하는 경우는 스텝 앤 리피트 동작을 행한다. 단, 오버레이 마크의 촬상에서는 동일한 마크를 수회 반복하여 촬상해도 된다.
오버레이 검사의 경우, 하층 패턴을 보기 위한 ΔV를 정하는 조건과, 상층 패턴을 보기 위한 ΔV를 정하는 조건이 다른 경우가 있다. 이 경우 상층 패턴과 하층 패턴의 상을 동시에 취득할 수 없기 때문에, 복수회 촬상을 행함으로써, 하층 패턴과 상층 패턴을 각각 따로 취득하여 그 합성 화상으로부터, 하층 패턴과 상층 패턴의 위치 어긋남을 검출 또는 계산하여도 된다. 이때, 같은 패턴을 반복하여 촬상하여도 된다. 또, 반복 촬상을 다이마다 반복하여도 되고, 또한, 웨이퍼마다 반복하여도 된다. 이때는 화상 취득 조건 특히 RTD나 Dose량은 하층 패턴에 있었던 조건으로 하여 촬상하는 것이 바람직하다.
특히 프로세스에 따라서는 기판 표면의 단면 구조 또는 재료가 다르고, 대전하는 시간과 표면의 전하가 퇴피하는 시간(방전 시간)이 각각 다른 경우가 있다. 그 경우는 하나의 패턴을 촬상하는 경우라도, 연속하여 반복하는 것은 아니고, 시간차를 둔 촬상을 행하는 것도 가능하다.
여기서, 도 15a 및 15b를 참조하여 오버레이 촬상의 원리를 설명한다. 도 15a 및 15b 각각에서, 세로축은 시료 즉 웨이퍼의 표면의 전위를 나타내고, 가로축은 전자빔 조사 개시로부터의 경과시간을 나타낸다.
지금, 도 15a에 나타내는 바와 같이, 일회의 조사에 의한 촬상을 생각한다. 일회의 조사로 촬상하기 때문에 전자의 조사량을 많게 하면, 웨이퍼 표면의 전위는 웨이퍼 표면의 특성에 따라 정해지는 대전시간으로, V6까지 상승한다. 표면 전위와 RTD의 조정에 의하여, 웨이퍼 표면으로부터 나온 2차 전자가 검출기 상에서 결상하는 조건이, V3라고 하면, 도 15a에 나타내는 바와 같은 일회의 촬상에서는, 촬상하기 전에, 웨이퍼의 표면 전위가 결상 조건을 넘어, 흐려진 상 밖에 얻어지지 않거나, 또는, 상 그 자체를 얻을 수 없게 된다.
또, 대전에 의하여 최종적인 웨이퍼 표면(v6)을 V3로 하도록, 전자의 조사량(dose)을 적게 하면, 2차 전자의 양이 감소하고, 화상이 어두워지거나 또는 화상을 얻을 수 없게 된다.
이것에 대하여, 도 15(B)에 나타내는 바와 같이, 전자빔의 조사를 소량씩 기설정된 간격을 두고 조사하면, 웨이퍼 표면 전위는, 조사의 간격의 사이에 방전을 하고, 이 조사에 의한 대전과 이 방전을 이용하여, 웨이퍼 표면의 전위를 제어하고, 결상 조건인 V3가 된 타이밍에서의 촬상이 가능해진다.
도 16에 그 개념도를 나타낸다. 방전시간이 길고, 표면 전위가 감쇠하기 어려운 기판의 경우, 연속하여 반복 촬상을 행하면, 바로 표면 전위가 크게 변화하고, RTD의 조정에서는 2차 EO(electro-optic)계, 즉 2차 전자가 검출기 표면에서 결상 조건을 가지는 2차 광학계의 결상 조건을 만족시킬 수 없게 되는 기판에 대한 동작예를 나타낸다.
다이 1의 패턴(다이에 형성된 오버레이 마크의 패턴으로 이하 동일) 1을 일회 촬상한 후 다이 2의 패턴 2로 이동하고, 패턴 2를 일회 촬상하는, 또한 다이 3의 패턴 3으로 이동하고, 패턴 3을 일회 촬상한 후, 다이 4, 다이 5, 다이 n이라는, 복수의 n개의 다이를 일회 촬상한 후, 다이 1의 패턴 1로 되돌아가, 패턴 1의 2회째 촬상을 행한다.
또한, 다이 2, 다이 3, 다이 n이라는 두번째 촬상을 행하고, 이것을 필요 회수 m회 반복한다.
여기서, 1회째의 촬상에서 얻은 화상과, 2회째의 촬상에서 얻은 화상과의 합성으로부터 상층 패턴과 하층 패턴의 위치 어긋남을 계산하여도 상관없고, 합성에 사용하는 화상이 각각 임의의 회수의 촬상에서 얻은 화상이어도 상관없다.
또, 도 16은 다이마다의 이동에 의한 예를 나타내었으나, 하나의 다이 중에서 복수의 패턴을 촬상하는 경우는 다이 중에서 패턴을 이동하면서, 복수회의 촬상을 행하여도 된다. 이 경우도 1회째의 촬상에서 얻은 화상과, 2회째의 촬상에서 얻 은 화상과의 합성으로부터 상층 패턴과 하층 패턴의 위치 어긋남을 계산하여도 상관없고, 합성에 사용하는 화상이 각각 임의의 회수의 촬상에서 얻은 화상이어도 상관없다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 패턴을 이동하면서 하나의 패턴의 촬상을 복수회 반복하는 경우, 스테이지의 이동은 최단의 거리가 되도록 또한 이동에 필요로 하는 시간이 모두 동일한 시간이 되도록(각 패턴의 촬상 간격이 일정해지도록), 스테이지의 속도의 제어를 행하기 위한 기능을 가지고 있는 것이 바람직하다.
피검사 패턴이 많은 경우는 전체 개수를 한번에 촬상하는 것은 아니고, 원하는 개수마다의 그룹으로 나누어 촬상하여도 된다. 이때 그룹에 포함되는 패턴의 개수(n)는 기판의 대전시간과 방전시간의 특성으로부터 계산된, 촬상에 필요한 시간차(인터벌 시간)와 스테이지의 이동 속도로부터 정하는 것이 바람직하다.
기판의 대전시간과 방전시간의 특성을 미리 스테이지의 이동을 제어하는 제어장치에 입력하고, 검사하는 패턴의 위치 정보를 합쳐, 패턴 사이의 이동거리 또는 이동시간이 최단이고 또한 패턴 사이의 이동시간이 모두 같아지도록 계산한다.
또, 기판의 대전시간과 방전시간의 특성을 미리 스테이지의 이동을 제어하는 제어장치에 입력하고, 검사하는 패턴의 위치 정보를 합쳐, 검사에 필요한 패턴의 수를 계산하고, 검사 시간이 최단이고 또한 각 패턴 사이의 이동시간이 모두 같아지도록 계산하여도 된다.
구체적으로는 다음과 같은 순서로 행한다.
우선, 전자빔을 웨이퍼에 조사한 시점부터 웨이퍼 표면의 대전량이 0이 되 는, 또는 기설정된 문턱값이 될 때까지의 방전시간을 측정한다. 다음에, 촬상의 대상이 되는 오버레이 마크의 점수나 위치, 즉 촬상 대상의 오버레이 마크의 그룹을 상기한 방전시간을 기초로 정한다. 즉, 상기한 바와 같이, 본 실시예에서는 1개소의 오버레이 마크에 전자빔의 조사를 행하고, 웨이퍼 표면의 대전량이 0 또는 기설정된 문턱값이 되기 전에 다시 그 오버레이 마크에 전자빔을 조사하는 조작을 복수회 반복함으로써 촬상에 적합한 콘트라스트를 얻을 수 있기 때문에, 기설정된 오버레이 마크에 전자빔을 조사한 후에 다시 조사하기까지의 시간 간격이 방전시간을 넘지 않도록 조정해야 한다.
다음에, 오버레이 사이의 이동시간을 모두 같게 조정한다. 이에 따라, 각 오버레이에 대하여 전자빔이 조사되는 시간 간격이 같아지고, 각 오버레이의 대전량이 같아지기 때문에, 각 오버레이의 상을 균질하게 얻을 수 있다. 이동시간의 조정에 있어서는, 스테이지의 최고속의 이동 속도를 기준으로 취한다. 본 실시예에서는 미리 측정하는 오버레이를 정하여 두고, 이 중 가장 긴 이동거리를 최고속으로 스테이지를 이동시켰을 때의 이동시간을 기준으로 취하고 있다(이 이동시간을 기준 이동시간이라 한다). 그 후, 각 오버레이의 이동시간이 기준 이동시간과 같아지도록 각 오버레이 사이의 스테이지 이동 속도를 설정한다. 이상에서 얻어진 이동시간의 총합이 방전시간을 넘어서 있는 것 같으면 다시 오버레이의 선택을 행한다.
또, 다른 실시예로서, 미리 오버레이 마크 사이의 이동거리의 모든 조합 및 스테이지의 최고 이동속도를 장치 내의 기억매체에 기록하여 두고, 방전시간을 장치 내의 입력부에서 입력하고, 웨이퍼 표면의 방전시간, 또는 방전시간으로부터 원 하는 시간을 뺀 시간을 넘지 않는 범위에서 가장 많은 오버레이를 촬상할 수 있는 경로를 장치 내의 연산부에 의해 연산시킬 수도 있다.
또, 스테이지의 구성에 따라서는, X축, Y축 등 축마다 또는 축의 위치마다 이동속도나 가속도가 다른 경우가 있고, 그 경우는 그것들을 가미하여 이동시간을 산출, 연산할 수도 있다.
이들, 상층 패턴과 하층 패턴을 각각 다르게 촬상하는 경우, RTD를 Dose량에 맞추어 제어한다.
ΔV를 제어하는 방법으로서, 레이저 광선의 조사를 행하여도 된다. 레이저 광선을 조사함으로써, 표면 전위의 상승분을 더 상세하게 제어할 수 있다. 레이저 광선을 미리 조사해두고 나서 전자빔을 조사한다. 레이저 광선의 조사에 의한 양자 효과로 표면 전위 상승분이 변화하여 Dose량의 제어만으로는, 미세 조정할 수 없었던, 시료 표면의 표면 전위 상승분을 조정하여, 더욱 선명한 화상을 얻을 수 있다.
레이저 광선의 조사와 RTD의 조정과 Dose량에 의한 표면 전위의 조정은 그것들을 종합적으로 동시에 제어하는 것도 가능하다.
복수회 촬상하는 경우, 모든 화상을 적산하는 것도 가능하나, 각각의 촬상에서 상층 패턴과 하층 패턴을 별개로 촬상하는 것도 가능하고, 하층 패턴의 촬상시만 레이저 광선의 조사량, 시료 표면의 전위 상승분을 더욱 상세하게 조정하는 것이 가능하다. 상층 패턴의 촬상시에 레이저 광선의 조사에 의한 시료 표면의 전위 상승분을 더욱 상세하게 조정하여도 되고, 항상 레이저 광선을 조사하여도 된다. 또, 촬상하고 있지 않은 기간에 레이저 광선을 조사하여, 촬상시에는 레이저 광선 을 정지하거나 또는 차폐하여도 된다.
도 17에서, 본 발명의 다른 실시예에 의한 시료 검사장치가 전체를 1a로 나타내고 있다. 검사장치(1a)에서는, 웨이퍼에 전자빔을 조사하는 열전자 방출형 또는 쇼트키형의 전자총(21a)이 스테이지 장치(5a)의 바로 위에 배치되어 있다. 전자총으로부터 나온 1차 전자빔(B1)은 4중극자 렌즈 등 정전렌즈(22a)로 이루어지는 1차 광학계(2a)를 거쳐 빔의 형상을 갖추면서, 웨이퍼 표면에 조사된다. 1차 전자빔은 X 방향과 Y 방향으로 스캔되면서 오버레이 마크에 조사된다.
앞의 실시예와 마찬가지로, 웨이퍼는 공지의 구조, 기능을 가지는 스테이지 장치(5)의 웨이퍼 유지대(51)의 위에, 예를 들면 진공척 등의 공지의 수단에 의해 떼어냄 가능하게 고정되도록 되어 있다. 이 웨이퍼 유지대(51)는 직교 2축 방향 즉 X-Y 방향의 적어도 일 방향으로 연속적 또는 스텝 앤 리피트식으로 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 방진대의 방진 구조는 비접촉형 베어링으로 구성되어도 된다.
전자빔이 조사된 웨이퍼 표면으로부터는 조사된 전자빔의 에너지에 따라 2차 전자(B2)가 발생한다. 이 2차 전자는 근방의 전극에 의하여 기설정된 운동 에너지까지 가속되고, 도시 생략한 2차 광학계를 거쳐 검출기(41a)로 유도된다. 이때 웨이퍼 표면은 전자빔의 조사에 의해 대전하여 2차 전자(B2)가 설계된 기설정된 운동 에너지까지 가속되지 않는 경우가 있다. 이 경우 상이 얻어지지 않거나, 상이 흐려진다. 그래서, 상기 실시예와 마찬가지로, 미리 전자빔의 조사에 의한 웨이퍼 표면의 대전량을 계산하고, 기판 전압 또는 리타딩 전압을 계산된 대전량에 맞추어 변화시켜 둔다. 이에 따라, 전자빔의 조사에 의한 대전량도 포함시켜 기설정된 운동 에너지까지 2차 전자를 가속할 수 있다. 검출기에 의해 검출된 화상의 처리는 상기 실시 형태의 경우와 동일하므로, 상세한 설명은 생략한다.
검사 전의 웨이퍼(W)를 챔버(12) 내의 스테이지 장치(5a)에 탑재하고, 또 검사 후의 웨이퍼(W)를 스테이지 장치로부터 추출하는 동작은, 상기의 실시예의 동작과 동일하므로 설명은 생략한다.
도 18에 본 발명의 또 다른 실시예를 나타낸다. 도 18은 하전 입자선을 사용한 가공장치이고, 도 16에 나타낸 스테이지의 움직임은, 대전에 의한 가공 정밀도가 문제가 될만한 절연물 등 대전하기 쉬운 재료를 가공하는 경우에도 이용할 수 있다. 피가공물이 대전하기 쉽고, 한번에 고에너지 밀도로 가공할 수 없는 경우는, 미약한 에너지 밀도로 가공한다. 피가공물이 다수 있는 경우에는, 제 1 가공물의 대전이 없어질 때까지의 사이에 제 2 가공물로 이동하여 가공하는 것이 가능하다.
도 18은 하전 입자선의 예를 나타내나, 하전 입자선 대신 에너지 입자선 예를 들면 고속 원자선이나, 에너지 빔 예를 들면 레이저나 메이저, X선이어도 된다.
또한, 상기 본 발명의 패턴 검사장치 및 검사방법 이외의 가공장치 자체의 구성 및 그 동작은 종래의 것과 같은 것이면 되기 때문에, 그것들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다음에 본 발명에 관한 시료 표면 검사방법의 또 다른 실시 형태에 대하여 설명한다. 오버레이 검사에 대한 개념도는 상기 도 9의 설명과 동일하므로 생략한다.
또, 이 실시 형태에 사용하는 장치는 도 1에 나타내는 것과 동일하므로 다시 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1에서, 본 실시 형태의 시료 표면의 결함 등의 표면 검사방법을 행하는 장치가 전체를 1로 나타내고 있다. 상기 도면에서, 2는 1차 전자 광학계(이하 간단하게 1차 광학계), 3은 2차 전자 광학계(이하 간단하게 2차 광학계), 4는 검출계, 5는 공지의 구조의 방진대의 위에 설치된 스테이지 장치이고, 이들은 챔버(12)를 획정하는 하우징(11) 내에 수납되어 있다. 챔버(12)는 도시 생략한 장치에 의해 원하는 분위기, 예를 들면 진공 분위기로 제어되도록 되어 있다.
예를 들면 웨이퍼, 기판과 같은 시료(이하 이 실시 형태의 설명에서는 시료로서 웨이퍼를 사용한 예에 대하여 설명한다)(W)는 공지의 구조, 기능을 가지는 스테이지 장치(5)의 웨이퍼 유지대(51)의 위에, 예를 들면 진공척 등의 공지의 수단에 의하여 떼어냄 가능하게 고정되도록 되어 있다. 이 웨이퍼 유지대(51)는 직교 2축 방향 즉 X-Y 방향의 적어도 일 방향으로 연속적 또는 스텝 앤 리피트식으로 움직일 수 있도록 구성되어 있다. 방진대의 방진 구조는 비접촉형 베어링으로 구성되어도 된다.
1차 전자빔을 조사하는 1차 광학계의 전자총(21)으로서는, 열전자 방출형 또는 쇼트키형의 전자총이 사용될 수 있다. 또한, 전자총은 1차 광학계의 구성요소와 다르게 하여도 된다. 전자총(21)으로부터 방출된 1차 전자빔(B1)은, 4중극자 렌즈(22) 등의 정전 렌즈로 이루어지는 1차 광학계(2)를 거쳐 빔 형상이 갖추어지면서, 웨이퍼 유지대(51) 상에 탑재되어 있는 시료 즉 웨이퍼(W)의 표면에 조사된다.
전자빔의 형성은 4중극자 렌즈 등 정전 렌즈 이외에 전자 렌즈를 병용하는 경우도 있다. 도 19에 애퍼처(aperture) 부재(26) 등 원하는 형상의 개구부 즉 애퍼처를 가지는 차폐물을 병용함으로써, 빔의 형상을 정형하는 개념도를 나타낸다. 4중극자 렌즈에는 미리 정해진 원하는 빔 사이즈, 형상으로 빔을 형성하도록 전압이 인가된다. 애퍼처도 미리 정해진 원하는 빔 사이즈, 형상으로 빔을 형성하기 위한 형상이 선택되어 있다. 애퍼처의 형상이 다른 복수의 애퍼처 부재를 설치하여 두고, 웨이퍼나 검사 패턴에 따라 변경하는 것이 가능하다. 4중극자 렌즈에 인가된 전압도 웨이퍼나 검사 패턴에 따라 변경하는 것이 가능하다. 이들은, 빔 형상을 제어하는 제어장치에 의하여 제어되고, 자동으로 조건을 계산하여, 4중극자 렌즈의 인가 전압과, 애퍼처의 형상의 조합을 정할 수 있다.
직사각형 애퍼처만으로 빔 형상을 형성하는 것도 가능하다. 이 경우는, 웨이퍼나 검사 패턴에 따라 빔 형상을 제어하는 제어장치에 의하여 제어되고, 자동으로 조건을 계산하여, 최적 애퍼처가 선택된다. 또, 애퍼처의 형상은 직사각형 외에, 타원이어도 된다.
이 때, 1차 전자빔은 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터 또는 빈 필터(28)를 통하여 웨이퍼 표면으로 유도된다. 전자빔은 시료 표면의 패턴 특히 오버레이 패턴의 패턴 사이즈보다 약간 큰 빔 사이즈로 형성한다.
빔 강도 분포가 대략 균일해지도록 전자빔을 형성한다. 전자빔은 오버레이 마크의 대략 중심에 조사한다. 전자빔의 시료 표면에 대한 조사는, 도 20에 나타내는 바와 같이, 1차 광학계(2)의 도중에 있는 블랭킹용의 전극(23)에 의해 행하여진다. 시료 표면에 전자빔을 조사하는 경우는 전극의 전압을 OV(제로볼트) 또는 궤도 조정에 필요한 전압으로 하고, 전자빔을 1차 광학계의 대략 중심을 통과시킨다. 전자빔을 시료 표면에 조사하지 않는 경우에는, 전자빔이 완전하게 1차 광학계로부터 벗어나기에 충분한 전압을 블랭킹용의 전극(23)에 인가하고, 전자빔을 1차 광학계를 구성하는 외벽 또는 전용의 전극(24) 등으로 유도하고, 시료 표면에는 전자빔이 조사되지 않도록 블랭킹 한다. 블랭킹용의 전극은 4중극자 전극으로 구성된다. 전자빔의 편향 방향은, 서로 직교하는 X 방향 또 Y 방향이어도, 또는 경사 방향(X 방향의 성분과 Y 방향의 성분을 포함하는 방향)이어도 상관없다. 블랭킹용의 전극(23)은 4중극자 전극으로 구성된다. 도 21에 전자빔 편향 방향의 개념도를 나타낸다. 동 도면에서, IP는, 도 9의 하층 패턴(102) 및 상층 패턴을 포함하는 피검사 패턴을 나타내고, BA는 1차 전자빔의 조사범위를 나타낸다. 전자빔의 편향 방향은, 스테이지의 진행방향 또는, 진행방향의 역방향 중 어느 한쪽이 바람직하다.
또, 전자빔의 편향 방향은 스테이지 진행방향에 대하여 임의의 방향이어도 상관없다.
이 실시 형태에서 사용되는 오버레이 마크 또는 오버레이 패턴은 도 13에서 나타내는 것과 동일하므로, 그것에 대한 설명은 생략한다.
1차 전자빔의 조사에 의해 웨이퍼(W)의 표면에서는 1차 전자빔의 에너지에 따라 2차 전자(B2)가 발생한다. 이 2차 전자는, 웨이퍼의 근방에 배치되어 있는 전극에 의하여 검출기측에 기설정된 운동 에너지를 가질 때까지 가속된다. 가속된 2차 전자(B2)는 앞의 전계와 자계로 이루어지는 E×B 필터 또는 빈 필터(28)를 직진하고, 2차 전자 광학계(이하 간단하게 2차 광학계)(3)로 유도된다. 이때 웨이퍼 표 면은 1차 전자빔의 조사에 의해 대전하여 2차 전자가 설계된 기설정된 운동 에너지까지 가속되지 않는 경우가 있다. 이 경우 2차 전자는 검출기(41)의 검출면 상에서 결상할 수 없어, 상이 얻어지지 않거나, 상이 흐려진다. 그래서, 미리 전자빔의 조사에 의한 웨이퍼 표면의 대전량을 계산하고, 빔 사이즈, 형상을 정하여 둔다. 이에 따라, 전자빔의 조사에 의한 대전량도 포함시켜 기설정된 운동에너지까지 2차 전자를 가속할 수 있다.
2차 전자는 2차 광학계(3)에 의하여 사상 영상으로서 검출기(41) 상에 결상된다. 2차 광학계(3)를 구성하는 전기적 렌즈 또는 정전 렌즈(31)는, 복수매의 동축 상에 배치된 개구부를 가지는 전극, 또는 동축형상으로 배치된 복수의 전극군으로 구성되고, 이들 렌즈가 다시 복수단으로 배치된다. 전기적 렌즈는, 2차 전자가 가지는 화상 정보를 확대하고, 또한, 웨이퍼(W) 상의 위치 및 표면 정보를 잃지 않도록, 사상정보로서, 검출기로 유도한다.
검출기(41)는 MCP(멀티 채널 플레이트)와 형광판 및 TDI-CCD 또는 EB-CCD 또는 EB-TDI로 구성되어 있다. MCP로 증배된 전자는, 형광판에 의해 광으로 변환되고, 이 광 신호가 TDI-CCD로 도입되어 화상 신호로서 출력된다. 또, 2차 전자는 직접 EB-CCD로 도입되어 화상 신호로 변환되어도 된다.
또, 1차 및 2차 광학계, 및 검출계의 각 구성요소는 공지의 구조, 기능을 가지는 것이기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
또한, MCP로 2차 전자를 증배한 후에 증배된 전자를 직접 EB-TDI로 도입하여도 된다. 또, 형광판과 TDI로 검출기를 구성하여도 된다.
웨이퍼(W)를 유지하는 스테이지 장치(5)에는, 검출기가 TDI-CCD 또는 EB-TDI인 경우에, 연속적으로 움직이는 것이 가능한 구조로 되어 있다. 또, TDI-CCD 또는 EB-TDI인 경우에는, 스테이지는 연속적인 움직임뿐만 아니라, 이동 정지를 반복하는 것도 가능하게 구성되어 있다.
검출기가 CCD 또는 EB-CCD인 경우는 스테이지는 이동 정지를 반복하는 것도 가능하다.
스테이지의 위치는, 도시 생략하나, 항상 레이저 간섭계에 의하여 공지의 방법으로 측정되어 있고, 미리 지정된 목표값과 레이저 간섭계로 측정된 현재값과의 비교를 행하고, 그 잔차에 따라 잔차를 보정하는 신호를 2차 광학계(3)의 정전 렌즈 제어 유닛(도시 생략)으로 보낸다. 스테이지의 이동, 정지 또는 그 사이의 속도 불균일, 미소 진동을, 상기 정전 렌즈로 2차 전자의 궤도를 수정함으로써 보정하고, 검출기의 검출면에서는 항상 안정된 결상 상태가 되도록 보정하는 보정기구를 가지고 있다. 스테이지 장치에는 브레이크(도시 생략)가 설치되어 있어, 정지시에 브레이크를 사용하여 정지하고, 정지 중의 미진동을 억제하거나 또는 없애는 것도 가능하다.
검출계(4)에 의하여 얻어진 전기적 화상 정보는, 도시 생략한 화상 처리장치에 입력되고, 그곳에서 신호처리 즉 화상 해석이 행하여져 결함 부분의 특정과, 결함의 종류를 판별하여, 관측자에게 알리는 동시에 기억매체에 기억시킨다. 오버레이 검사의 경우, 하층 패턴과 상층 패턴의 X 방향과 Y 방향의 각각의 어긋남 양과 회전각(θ)의 어긋남 양을 화상 해석으로부터 산출하고, 오버레이의 가부를 결정한 다.
검사는 오프라인 검사와 온라인 검사의 양쪽이 선택 가능하고, 온라인 검사의 경우 검사 결과를 반도체 제조라인에 직접 전기 신호 등으로서 신호선을 통하여 피드백하는 것도 가능하다. 또 오프라인 검사의 경우에도, 검사 결과를 본 검사장치의 단말로부터 직접 입력하여 반도체 제조라인에 전기 신호 등으로서 신호선을 통하여 피드백하는 것이 가능하다. 반도체 제조라인의 호스트 컴퓨터와 통신하여, 검사 결과를 제조공정의 품질 관리에 이용하여도 된다.
다음에, 검사 전의 웨이퍼(W)를 챔버(12) 내의 스테이지 장치(5)에 탑재하고, 또 검사 후의 웨이퍼(W)를 스테이지 장치로부터 추출하는 동작에 대하여 도 1을 참조하여 설명한다.
시료 표면 검사장치(1)의 챔버(12)에 인접하여 배치된 예비 환경실(62)은, 반도체 제조 프로세스에서, 웨이퍼가 외부에서 반입될 때의 환경으로부터 웨이퍼 유지대(51)를 가지는 스테이지 장치(5)가 배치된 챔버(12) 내의 환경으로 변화되어, 예비 환경실(62) 내 및 챔버(12) 내의 환경이 일치하였을 때, 예비 환경실(62)로부터 웨이퍼 유지대에 검사 전의 웨이퍼를 반입할 수 있도록 되어 있다.
구체적으로는, 공지의 방진 구조를 구비한 방진대 및 그 위에 배치되고 또한 웨이퍼 유지대(51)를 가지는 스테이지 장치(5)가 배치된 챔버(12)를 획정하는 하우징(11)과 예비 환경실(62)을 획정하는 하우징(61)과의 사이에는 게이트 밸브(63)가 설치되고, 챔버(12)와 예비 환경실(62)은 게이트 밸브(53)를 거쳐 선택적으로 연통 또는 차단 가능하게 되어 있다. 또한, 예비 환경실(62)과 챔버 내의 웨이퍼를 예비 환경실로 도입하기 위한 다른 게이트 밸브 또는 플랜지를 가지고 있어도 된다. 여기서, 웨이퍼가 예비 환경실(62)과 챔버(12)와의 사이에서 게이트 밸브(63)를 통하여 반송될 때, 양자의 환경은 대략 동일한 환경(예를 들면, 진공도 10-4 Pa 내지 10-6 Pa 정도의 진공 상태)으로 유지되어 있다.
반도체 제조 프로세스에서, 다음 공정으로 반송되기 전에 검사를 받는 웨이퍼는 다음 공정으로 반송하기 위한 환경으로 유지되어 있기 때문에, 먼저 예비 환경실은 이 다음 공정으로 반송하기 위한 환경이 되도록, 어느 것이나 공지의 구조의 가스 공급장치(도시 생략) 및, 진공 배기장치에 의하여 공지의 방법으로 제어된다. 다음 공정으로 반송하기 위한 환경과 예비 환경실의 환경(진공 상태)이 같아지면, 웨이퍼를 예비 환경실로 도입하기 위한 다른 게이트 밸브 또는 플랜지를 개방하거나 또는 열어, 웨이퍼를 예비 환경실(62) 내로 도입하고, 앞의 진공 배기계 및 가스 공급장치를 제어하여, 웨이퍼 유지대(51)가 있는 환경 즉 챔버(12) 내의 환경과 동일한 환경(진공 상태)으로 한다.
그 후, 챔버(12)와 예비 환경실(62)을 칸막이하고 있는 게이트 밸브(63)를 열어 검사 전의 웨이퍼(W)를 웨이퍼 유지대(51)로 반입한다(이것을 로드라 부른다). 검사 전의 웨이퍼의 상기 반입이 종료되면, 게이트 밸브(62)를 닫고, 웨이퍼 유지대가 있는 환경을 검사에 적합한 환경으로 하여, 검사를 개시한다.
검사가 종료된 웨이퍼를 웨이퍼 유지대(51)로부터 반출하고(이것을 언로드라 부른다), 웨이퍼를 다음 공정으로 반송하는 경우에는, 반입시와 반대의 동작을 시키면 된다. 여기서, 진공 배기장치는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 터보 분자 펌프(66)와 드라이 루츠 펌프(67)와의 조합이 바람직하나, 드라이 루츠 펌프 대신 오일 미스트 트랩 또는 몰레큘러시브 부착 로터리 펌프이어도 된다.
도 3에 나타낸 예비 환경실(62)을 복수(여기서는 2개) 구비한 구성도 이 실시 형태에 적용 가능하다.
표면의 정전 용량 콘트라스트을 얻기 위해서는, 기설정된 정도의 표면에 대한 전자의 조사가 필요하다. 이 필요한 전자빔의 조사량(이하, 필요 Dose량)을 얻기 위하여, 본 발명에서는, 피검사 패턴에 대해 스테이지의 스캔 방향에 대하여 긴 빔 길이를 가지는 전자빔의 조사 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.
이 빔의 길이는 필요 Dose량에 의하여 규정된다.
필요 Dose량은 바깥 패턴과 안 패턴이 최선의 콘트라스트가 되도록 제어되고,
스테이지속도와 전류 밀도에 의하여 정해진다.
웨이퍼마다의 표면의 형상, 재료, 단면 구조 등을 입력하고, 계산에 의하여 구한 빔 길이를 사용하여도 된다. 이 경우,
빔 길이 XO=HzㆍCwfㆍΔV/Je
여기서
Hz : TDI의 동작 주파수(스테이지 속도)
Cwf : 웨이퍼의 단면 구조나 표면 재료 등에 의하여 정해지는 웨이퍼 표면의 정전용량
예를 들면, 레지스트가 도포된 웨이퍼에서 레지스트의 두께가 d인 경우, 레지스트의 비유전률 εr, 진공 중의 유전율을 εo이라 하고,
Cwf=d/(εrㆍεo)
ΔV=VEO-VRTD
VEO : 2차 전자의 인출 전압
VRTD : 기판전압 또는 리타딩 전압
Je : 기판에 대한 조사 전류 밀도
에 의하여 구해진다.
전자빔의 편향(블랭킹)에 의하여, 시료 표면은 그 전자빔의 편향 방향으로 약간 많이 전자빔이 조사된다. 이것은, 시료 표면의 대전상태에 약간의 치우침을 발생시키는 원인이 된다. 그래서, 블랭킹에 의한 Dose량의 수정을 행하여도 된다. 이 경우 블랭킹 방향은 스캔 방향과 일치시키고, 그 양을 계산하여 Xo에 의한 필요 Dose량이 정해진다. 블랭킹 방향은 스테이지 스캔 방향이어도 되고, 스테이지 스캔 방향 역방향이어도 된다.
블랭킹에 의한 Xo의 보정항을 XB, 블랭킹 시간을 τB, 블랭킹에 의하여 기판 표면에서 빔이 이동하는 거리를 L이라 하면,
XB=HzㆍLㆍτB가 되고,
블랭킹에 의한 보정 후의 빔 길이(Xo)는,
Xo=HzㆍCwfㆍΔV/Je±XB가 된다.
(단, ±의 부호는 블랭킹 방향에 의한다. +는 블랭킹 방향이 스테이지 진행방향과 역방향인 경우. -는 블랭킹 방향이 스테이지 진행방향과 같은 방향인 경우) 또, 블랭킹에 의한 필요 Dose량의 수정은, 기판 표면 전위의 상승분을 컨트롤하는 기판 전압 또는 리타딩 전압의 컨트롤이어도 된다.
이 경우의 전압조정분(ΔVB)은
ΔVB=JeㆍτB/Cwf가 된다.
블랭킹에 의한 필요 Dose량의 수정량을 적게 하기 위해서는, 블랭킹 방향을 스테이지 진행방향에 대하여 수직방향이어도 된다.
또, 블랭킹에 의한 필요 Dose량의 수정을 고려하지 않아도 되는 경우에는, 블랭킹 방향은 임의의 방향이어도 된다.
빔의 길이는 웨이퍼마다 또는, 피검사 패턴의 단면 구조 또는 표면의 재질에 따라 바꾸는 것이 가능하다. 예를 들면, 레시피 중에 빔 길이의 정보를 미리 포함시켜 두고, 웨이퍼를 로드하였을 때에, 빔 길이는 그 웨이퍼 또는 피검사 패턴에 있었던 것으로 정해진다.
도 22에 조사 전자빔과 피검사 패턴과의 위치관계를 나타낸다. 동 도면에서, 크로스 해칭(cross-hatching)으로 나타낸 부분이 전자빔의 조사 영역 및 그 사이즈를 나타낸다. 이 예에서는 조사 영역은 상, 하 양쪽 끝이 원호형상으로 또한 좌, 우 양쪽 끝이 직선이 된 형상을 하고 있지만, 스테이지의 이동 방향으로 긴 장방형이어도 타원형이어도 된다. 촬상의 대상이 되는 피검사 패턴에 빔이 닿기 시작하고, 피검사 패턴이 Xo 이동하였을 때에, 피검사 패턴이 TDI 센서의 밑을 통과한다. 이 타이밍으로 TDI 센서는 화상 도입을 개시한다. 이와 같이 TDI 센서의 위치로부터 Xo 떨어진 위치에서 빔조사를 개시하고, Xo 스테이지가 이동하는 사이에 촬상에 필요한 Dose량이 피검사 패턴에 주어진다.
도 23에 다른 조사예를 나타낸다. 피검사 패턴의 배열에 따라서는, Xo을 필요 Dose량으로부터 계산되는 1/2로 하여, 스테이지를 되돌려 이동시켜도 상관없다. 이 도면에서, 크로스 해칭으로 나타낸 부분이 전자빔의 조사 영역 및 그 사이즈를 나타낸다.
TDI 센서의 위치로부터(1/2)ㆍXo 떨어진 위치에서 빔조사를 개시하고 (1/2)ㆍXo 이동한 단계에서 스테이지를 되돌려 다시(1/2)ㆍXo 이동한 곳에서 TDI 센서에 의한 촬상을 행한다. 이것에 의하여, Xo 이동하는 것과 동일한 Dose량을 피검사 패턴에 부여할 수 있다.
이 경우, 먼저 검사하는 피검사 패턴의 다음 피검사 패턴이 먼저 검사하는 피검사 패턴의 뒤쪽 즉, 먼저 검사하는 데 필요한 스테이지 이동 방향과 반대의 방 향에 위치하는 경우는, 스테이지 이동거리가 절반이 되어, 시간의 절약을 할 수 있다.
촬상하는 시야는 예를 들면 TDI의 픽셀 수 X 방향(이 경우는 스테이지의 스캔 방향과 일치) 512 pix와 Y 방향 2048 pix로 구성되고, 스테이지가 X 방향으로 스캔하면서, 512 pix 만큼의 정보를 적분하면서 구성된다.
빔은 시야의 X 방향 상류측으로 길어지도록 형성되어 있고, TDI가 화상을 도입하는 부분에서는 이미, 이 긴 전자빔에 의하여, 필요 Dose량이 주어져 있으며, 피검사 패턴의 화상을 얻을 수 있다.
이때, 조사 빔의 Y 방향의 크기(빔의 폭)는 피검사 패턴의 크기에 따라 원하는 크기(폭)로 하는 것이 가능하다. 큰 패턴을 저배율로 검사하는 경우는 TDI의 Y 방향의 픽셀 사이즈(예를 들면 2048 pix)보다 커도 되고, 작은 패턴을 고배율로 검사하는 경우는 TDI의 Y 방향의 픽셀 사이즈(예를 들면 2048 pix)보다 작아도 된다.
상기한 바와 같이 빔 지름을 정함으로써, 특히, 오버레이 마크나 패턴이 일정 방향으로 나란히 배열되어 있는 경우에 더욱 효과적인 오버레이 마크나 패턴의 촬상이 가능해진다. 즉, 피촬상 패턴을 촬상 타이밍 전부터 1차 전자를 조사시킴으로써[이 주사를 프리도즈(Pre-Does)라 한다], 촬상 타이밍에서 피촬상 패턴은 충분한 대전이 이루어진다. 피촬상 패턴이 일정 방향으로 연속적으로 배치되어 있는 경우, 본 발명과 같이 스테이지의 이동에 따라 빔 지름을 정하면, 각 피촬상 패턴에는 등가로 대전이 된 상태에서 촬상이 가능하다. 즉, 스테이지 이동을 일정 속도로 유지하고, 피촬상 패턴 사이의 거리와 스테이지 속도를 감안하여 촬상을 행하는 것 만으로 최적의 대전상태의 피촬상 패턴을 촬상할 수 있고, 스텝 앤 리피트와 같이 매회 스테이지를 피촬상 패턴에서 정지하여 일정한 대전량으로 피촬상 패턴을 대전시킬 때까지 정지할 필요가 없어진다.
다음에, 도 24를 참조하여 전자빔을 이용한 검사장치를 사용한 노광장치의 렌즈 수차의 분포를 측정하는 경우의 실시예를 나타낸다.
도 24는 렌즈 수차 조사를 위한 패턴 분포의 일례를 나타낸다.
패턴은 고립 패턴을 사용하고, 렌즈의 수차 조사에 필요한 만큼, 필요한 간격으로 패턴이 늘어서 있다. 이 패턴을 노광장치에 의하여 기판 상에 전사하고, 그 패턴의 어긋남 양을 검사함으로써 렌즈의 수차의 분포를 조사한다.
이 경우는, 전자빔을 넓은 면적에서 패턴에 조사하고, 스테이지 또는 빔을 스캔하면서 TDI나 EB-TDI를 사용하여 연속적으로 촬상한다.
제품 레이어에서의 오버레이 마크는 모든 칩에 대하여 행하는 것은 아니기 때문에, 넓은 면적의 전자빔을 패턴에 조사하고, CCD나 EB-CCD로 정지 화상으로서 필요한 패턴부로 이동하면서 스텝 앤 리피트를 반복하면서 촬상한다. 이 경우는 TDI나 EB-TDI의 스틸 모드로 촬상하여도 된다. 또, 패턴부만을 스캔하여 촬상하여도 된다.

Claims (15)

  1. 전자선을 사용하여 시료에 형성된 패턴을 검사하는 검사장치에 있어서, 상기 시료를 유지하는 유지기구와, 상기 유지기구를 탑재하고 있어 적어도 일 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 시료를 향하여 전자선을 조사하는 전자를 발생시키는 전자선원과, 상기 전자선원으로부터 발생한 전자선을 상기 시료에 조사하기 위하여 상기 전자선을 상기 시료로 유도하는 제 1 전자 광학계와, 상기 시료로부터 발생한 전자를 검출하는 검출기와, 상기 전자를 상기 검출기로 유도하는 제 2 전자 광학계를 구비하고, 상기 패턴을 검출할 때 상기 스테이지는 상기 검출기의 동작 속도에 동기한 속도로 이동시키고 또한 상기 시료 상의 다른 패턴으로 이동할 때는 상기 스테이지의 속도를 가속시키도록 제어하는 제어장치를 가지고,
    상기 제어 장치는, 기판의 대전시간과 방전시간의 특성을 미리 입력하고, 검사하는 상기 패턴의 위치 정보와 합쳐, 상기 패턴 사이의 이동거리 또는 이동시간이 최단이고 또한 상기 패턴 사이의 이동시간이 모두 같아지도록 계산하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
  2. 전자선을 사용하여 시료에 형성된 패턴을 검사하는 검사장치에 있어서, 상기 시료를 유지하는 유지기구와, 상기 유지기구를 탑재하고 있어 적어도 일 방향으로 이동 가능한 스테이지와, 상기 시료를 향하여 전자선을 조사하는 전자를 발생시키는 전자선원과, 상기 전자선원으로부터 발생한 전자선을 상기 시료에 조사하기 위하여 상기 전자선을 상기 시료로 유도하는 제 1 전자 광학계와, 상기 시료로부터 발생한 전자를 검출하는 검출기와, 상기 전자를 상기 검출기로 유도하는 제 2 전자 광학계를 구비하고, 상기 패턴을 검출할 때 상기 스테이지는 상기 검출기의 동작 속도에 동기한 속도로 이동시키고 또한 상기 시료 상의 다른 패턴으로 이동할 때는 상기 스테이지의 속도를 가속시키도록 제어하는 제어장치를 가지고,
    상기 제어 장치는, 기판의 대전시간과 방전시간의 특성을 미리 입력하고, 검사하는 상기 패턴의 위치 정보와 합쳐, 검사에 필요한 상기 패턴의 수를 계산하고, 검사 시간이 최단이고 또한 각 패턴 사이의 이동시간이 모두 같아지도록 계산하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 검사장치에 있어서, 레이저 광원을 갖고, 레이저 조사에 의해서, 상기 시료의 표면 전위를 조절하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 기재된 검사장치에 있어서, 상기 검사 패턴은 다른 단면 구조 또는 다른 재료로 구성되는 적어도 2개 이상의 패턴으로서, 복수의 패턴을 동시에 검사하는 것을 특징으로 하는 검사장치.
  5. 전자선을 사용하여 시료에 형성된 패턴을 검사하는 검사방법에 있어서, 피검사 패턴을 검사할 때는, 센서의 동작 주파수에 동기한 주파수로 시료를 유지하는 스테이지를 움직이고, 다른 피검사 패턴으로 이동할 때는, 이동에 필요로 하는 시간이 최단이 되도록 스테이지의 이동 속도를 제어하고,
    기판의 대전시간과 방전시간의 특성을 제어장치에 미리 입력하고, 검사하는 상기 패턴의 위치 정보와 합쳐, 상기 패턴 사이의 이동거리 또는 이동시간이 최단이고 또한 상기 패턴 사이의 이동시간이 모두 같아지도록 계산하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
  6. 전자선을 사용하여 시료에 형성된 패턴을 검사하는 검사방법에 있어서, 피검사 패턴을 검사할 때는, 센서의 동작 주파수에 동기한 주파수로 시료를 유지하는 스테이지를 움직이고, 다른 피검사 패턴으로 이동할 때는, 이동에 필요로 하는 시간이 최단이 되도록 스테이지의 이동 속도를 제어하고,
    기판의 대전시간과 방전시간의 특성을 제어장치에 미리 입력하고, 검사하는 상기 패턴의 위치 정보와 합쳐, 검사에 필요한 상기 패턴의 수를 계산하고, 검사 시간이 최단이고 또한 각 패턴 사이의 이동시간이 모두 같아지도록 계산하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
  7. 제 5항 또는 제 6항에 기재된 검사방법에 있어서, 피검사 패턴은 다른 단면 구조 또는 다른 재료로 구성되는 적어도 2개 이상의 패턴으로서, 복수의 패턴을 동시에 검사하는 것을 특징으로 하는 검사방법.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
KR1020087018240A 2006-01-25 2007-01-24 시료 표면 검사방법 및 검사장치 KR101487359B1 (ko)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2006016519 2006-01-25
JPJP-P-2006-00016519 2006-01-25
JPJP-P-2006-00058847 2006-03-06
JP2006058862 2006-03-06
JP2006058847 2006-03-06
JPJP-P-2006-00058862 2006-03-06
PCT/JP2007/051047 WO2007086400A1 (ja) 2006-01-25 2007-01-24 試料表面検査方法及び検査装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20080087138A KR20080087138A (ko) 2008-09-30
KR101487359B1 true KR101487359B1 (ko) 2015-01-29

Family

ID=38309189

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020087018240A KR101487359B1 (ko) 2006-01-25 2007-01-24 시료 표면 검사방법 및 검사장치

Country Status (5)

Country Link
US (3) US20090050802A1 (ko)
JP (3) JPWO2007086400A1 (ko)
KR (1) KR101487359B1 (ko)
TW (1) TWI397096B (ko)
WO (1) WO2007086400A1 (ko)

Families Citing this family (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI397096B (zh) * 2006-01-25 2013-05-21 Ebara Corp 試料表面檢查方法及檢查裝置
JP5058489B2 (ja) * 2006-01-25 2012-10-24 株式会社荏原製作所 試料表面検査装置及び検査方法
TWI435361B (zh) 2007-04-16 2014-04-21 Ebara Corp 電子射線裝置及使用該電子射線裝置之試料觀察方法
TWI473140B (zh) * 2008-04-11 2015-02-11 Ebara Corp 試料觀察方法與裝置，及使用該方法與裝置之檢查方法與裝置
JP5372856B2 (ja) * 2010-07-15 2013-12-18 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
JP6362827B2 (ja) * 2013-01-26 2018-07-25 株式会社ホロン アライメント測定装置およびアライメント測定方法
JP6291981B2 (ja) * 2013-04-08 2018-03-14 富士電機株式会社 半導体装置の製造方法
US9847209B2 (en) 2014-01-13 2017-12-19 Applied Materials Israel Ltd. Inspection of regions of interest using an electron beam system
US9466462B2 (en) * 2014-01-13 2016-10-11 Applied Materials Israel Ltd. Inspection of regions of interest using an electron beam system
JP6294758B2 (ja) * 2014-05-12 2018-03-14 株式会社ニューフレアテクノロジー 荷電粒子ビーム描画装置及び荷電粒子ビームのドーズ量異常検出方法
US9530200B2 (en) * 2014-06-20 2016-12-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Method and system for inspection of a patterned structure
JP2018113096A (ja) * 2015-04-13 2018-07-19 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子ビーム装置
US10541104B2 (en) 2015-07-09 2020-01-21 Applied Materials Israel Ltd. System and method for scanning an object with an electron beam using overlapping scans and electron beam counter-deflection
US10054551B2 (en) 2016-04-20 2018-08-21 Applied Materials Israel Ltd. Inspection system and method for inspecting a sample by using a plurality of spaced apart beams
JP6865646B2 (ja) 2016-11-30 2021-04-28 住友化学株式会社 欠陥検査装置、欠陥検査方法、及びセパレータ捲回体の製造方法
CN108132262A (zh) * 2016-11-30 2018-06-08 住友化学株式会社 缺陷检查装置、缺陷检查方法及隔膜卷绕体的制造方法
WO2018131109A1 (ja) * 2017-01-12 2018-07-19 株式会社アドバンテスト 三次元積層造形装置の電子ビームカラム、三次元積層造形装置、および三次元積層造形方法
KR20240016455A (ko) * 2017-09-29 2024-02-06 에이에스엠엘 네델란즈 비.브이. 샘플 검사에서 이미지 콘트라스트 향상
JP7106299B2 (ja) * 2018-03-06 2022-07-26 株式会社ニューフレアテクノロジー 電子ビーム検査装置及び電子ビーム走査のスキャン順序取得方法
WO2019180903A1 (ja) * 2018-03-23 2019-09-26 株式会社 日立ハイテクノロジーズ 走査電子顕微鏡及びその撮像方法
US20230092006A1 (en) * 2020-02-12 2023-03-23 Mgi Tech Co., Ltd. Optical imaging system and biochemical substance detection system using same
JP7507589B2 (ja) * 2020-03-31 2024-06-28 株式会社ニューフレアテクノロジー 検査装置
US11798778B2 (en) * 2020-07-20 2023-10-24 Attolight AG Time-resolved cathodoluminescence sample probing
US11719533B2 (en) * 2021-03-28 2023-08-08 Kla Corporation Modulation of scanning velocity during overlay metrology

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003303568A (ja) * 2002-04-11 2003-10-24 Keyence Corp 電子顕微鏡のチャージアップ防止方法および電子顕微鏡
JP2005129546A (ja) 2005-01-07 2005-05-19 Hitachi High-Technologies Corp パターン欠陥検査方法及びパターン欠陥検査装置
JP2005235777A (ja) * 2001-01-10 2005-09-02 Ebara Corp 電子線による検査装置、検査方法、及びその検査装置を用いたデバイス製造方法
JP2005302906A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Hitachi High-Technologies Corp 電子線検査装置

Family Cites Families (39)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5932145A (ja) * 1982-08-16 1984-02-21 Hitachi Ltd 電位検出装置
JPS6070651A (ja) * 1983-09-28 1985-04-22 Hitachi Ltd 焦点合わせ方法およびその装置
DE69223088T2 (de) * 1991-06-10 1998-03-05 Fujitsu Ltd Apparat zur Musterüberprüfung und Elektronenstrahlgerät
JP3409909B2 (ja) * 1994-03-11 2003-05-26 株式会社東芝 ウェーハパターンの欠陥検出方法及び同装置
US6172363B1 (en) * 1996-03-05 2001-01-09 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for inspecting integrated circuit pattern
JP2002118158A (ja) * 1996-03-05 2002-04-19 Hitachi Ltd 回路パターンの検査方法及び検査装置
JPH09283582A (ja) * 1996-04-17 1997-10-31 Fujitsu Ltd 異物組成自動分析装置及び異物組成自動分析方法
JPH10125271A (ja) * 1996-10-16 1998-05-15 Hitachi Ltd 走査型電子顕微鏡
JP3994691B2 (ja) * 2001-07-04 2007-10-24 株式会社日立製作所 荷電粒子線装置および自動非点収差調整方法
JP4163344B2 (ja) * 1999-03-05 2008-10-08 株式会社東芝 基板検査方法および基板検査システム
JP3741897B2 (ja) * 1999-04-16 2006-02-01 株式会社ルネサステクノロジ 荷電ビーム処理装置およびその方法、半導体の不良解析方法
JP2001093455A (ja) * 1999-09-21 2001-04-06 Nikon Corp 電子ビーム装置
JP4312910B2 (ja) * 1999-12-02 2009-08-12 株式会社日立製作所 レビューｓｅｍ
JP3781601B2 (ja) * 2000-01-25 2006-05-31 日本電子株式会社 半導体試料の検査方法
JP2002033068A (ja) * 2000-07-14 2002-01-31 Nikon Corp 荷電粒子ビーム欠陥検査装置及び方法
WO2002013227A1 (fr) * 2000-07-27 2002-02-14 Ebara Corporation Appareil d'analyse a faisceau plan
JP3951590B2 (ja) 2000-10-27 2007-08-01 株式会社日立製作所 荷電粒子線装置
US6593152B2 (en) * 2000-11-02 2003-07-15 Ebara Corporation Electron beam apparatus and method of manufacturing semiconductor device using the apparatus
US7095022B2 (en) * 2000-12-12 2006-08-22 Ebara Corporation Electron beam apparatus and method of manufacturing semiconductor device using the apparatus
JPWO2002056332A1 (ja) * 2001-01-10 2004-05-20 株式会社荏原製作所 電子線による検査装置、検査方法、及びその検査装置を用いたデバイス製造方法
JP2002303586A (ja) * 2001-04-03 2002-10-18 Hitachi Ltd 欠陥検査方法及び欠陥検査装置
JP2002310962A (ja) * 2001-04-19 2002-10-23 Hitachi Ltd 画像分類方法並びに観察方法及びその装置
JP2003331774A (ja) * 2002-05-16 2003-11-21 Toshiba Corp 電子ビーム装置およびその装置を用いたデバイス製造方法
JP3823073B2 (ja) * 2002-06-21 2006-09-20 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線を用いた検査方法及び検査装置
TWI323783B (en) * 2003-01-27 2010-04-21 Ebara Corp Mapping projection type electron beam apparatus for sample inspection by electron emitted from the sample,sample evaluation method and semiconductor device manufacturing using same
US7198963B2 (en) * 2003-04-16 2007-04-03 Kla-Tencor Technologies Corporation Methodologies for efficient inspection of test structures using electron beam scanning and step and repeat systems
US7138629B2 (en) 2003-04-22 2006-11-21 Ebara Corporation Testing apparatus using charged particles and device manufacturing method using the testing apparatus
JP2004363085A (ja) * 2003-05-09 2004-12-24 Ebara Corp 荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法
US7248353B2 (en) * 2003-05-30 2007-07-24 Ebara Corporation Method and apparatus for inspecting samples, and method for manufacturing devices using method and apparatus for inspecting samples
JP2005083948A (ja) * 2003-09-10 2005-03-31 Hitachi High-Technologies Corp 検査装置及び検査方法並びにプロセス管理方法
JP4253576B2 (ja) * 2003-12-24 2009-04-15 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン欠陥検査方法及び検査装置
JP4204458B2 (ja) * 2003-12-26 2009-01-07 株式会社日立ハイテクサイエンスシステムズ 電子線装置による半導体ウェハの検査方法
JP2005249745A (ja) * 2004-03-08 2005-09-15 Ebara Corp 試料表面検査方法および検査装置
JP4256300B2 (ja) * 2004-05-28 2009-04-22 株式会社東芝 基板検査方法および基板検査装置
JP4413767B2 (ja) * 2004-12-17 2010-02-10 株式会社日立ハイテクノロジーズ パターン検査装置
US7462828B2 (en) * 2005-04-28 2008-12-09 Hitachi High-Technologies Corporation Inspection method and inspection system using charged particle beam
JP5164317B2 (ja) * 2005-08-19 2013-03-21 株式会社日立ハイテクノロジーズ 電子線による検査・計測方法および検査・計測装置
JP4147233B2 (ja) * 2005-08-19 2008-09-10 株式会社日立製作所 電子線装置
TWI397096B (zh) * 2006-01-25 2013-05-21 Ebara Corp 試料表面檢查方法及檢查裝置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005235777A (ja) * 2001-01-10 2005-09-02 Ebara Corp 電子線による検査装置、検査方法、及びその検査装置を用いたデバイス製造方法
JP2003303568A (ja) * 2002-04-11 2003-10-24 Keyence Corp 電子顕微鏡のチャージアップ防止方法および電子顕微鏡
JP2005302906A (ja) * 2004-04-09 2005-10-27 Hitachi High-Technologies Corp 電子線検査装置
JP2005129546A (ja) 2005-01-07 2005-05-19 Hitachi High-Technologies Corp パターン欠陥検査方法及びパターン欠陥検査装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5662992B2 (ja) 2015-02-04
US8525127B2 (en) 2013-09-03
US20090050802A1 (en) 2009-02-26
US20130313429A1 (en) 2013-11-28
TWI397096B (zh) 2013-05-21
US8859984B2 (en) 2014-10-14
WO2007086400A1 (ja) 2007-08-02
JPWO2007086400A1 (ja) 2009-06-18
JP5307181B2 (ja) 2013-10-02
KR20080087138A (ko) 2008-09-30
US20120145921A1 (en) 2012-06-14
TW200739652A (en) 2007-10-16
JP2013080722A (ja) 2013-05-02
JP2011192654A (ja) 2011-09-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101487359B1 (ko) 시료 표면 검사방법 및 검사장치
US6310341B1 (en) Projecting type charged particle microscope and projecting type substrate inspection system
JP3730263B2 (ja) 荷電粒子ビームを用いた自動基板検査の装置及び方法
JP5392312B2 (ja) 電子ビームの調整方法，荷電粒子光学系制御装置、及び走査電子顕微鏡
US7276693B2 (en) Inspection method and apparatus using charged particle beam
US6509564B1 (en) Workpiece holder, semiconductor fabricating apparatus, semiconductor inspecting apparatus, circuit pattern inspecting apparatus, charged particle beam application apparatus, calibrating substrate, workpiece holding method, circuit pattern inspecting method, and charged particle beam application method
JP3661592B2 (ja) パターン検査装置
JP2019036403A (ja) 画像取得装置の光学系調整方法
KR102292850B1 (ko) 멀티 하전 입자 빔 검사 장치 및 멀티 하전 입자 빔 검사 방법
JP3463599B2 (ja) 試料保持機，半導体製造装置，半導体検査装置，回路パターン検査装置，荷電粒子線応用装置，校正用基板，試料の保持方法，回路パターン検査方法、および、荷電粒子線応用方法
JP2007324371A (ja) オーバーレイ検査用オーバーレイマーク及びレンズ収差調査用マーク
JP2005338096A (ja) パターン測定方法、及び荷電粒子線装置
KR101314172B1 (ko) 시료 표면 검사장치 및 검사방법
US7608821B2 (en) Substrate inspection apparatus, substrate inspection method and semiconductor device manufacturing method
JP3952997B2 (ja) 半導体製造装置、および半導体検査装置
JP2001093950A (ja) 半導体パターン検査装置および半導体パターン検査方法
JP2004327121A (ja) 写像投影方式電子線装置
JP2007189238A (ja) 半導体製造装置、および半導体検査装置
CN118176561A (zh) 带电粒子检查***的晶片边缘检测

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20171219

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190103

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200103

Year of fee payment: 6