KR102233365B1 - 검사 방법 및 검사 장치 - Google Patents

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마사타카 시라츠치
히데아키 하시모토
리키 오가와
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가부시키가이샤 뉴플레어 테크놀로지
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Abstract

본 발명은, 검사 방법 및 검사 장치에 관한 것이다. 본 발명의 검사 방법은, 시료에 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 동시에 주사함으로써 검사 화상의 취득을 행하고, 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡과, 검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 검사 화상에 대응하는 참조 화상의 제1 보정 또는 검사 화상의 제2 보정을 행하고, 제1 보정이 이루어진 참조 화상과 검사 화상의 제1 비교 또는 참조 화상과 제2 보정이 이루어진 검사 화상의 제2 비교를 행한다.

Description

검사 방법 및 검사 장치 {INSPECTION METHOD AND INSPECTION APPARATUS}
본 발명은, 검사 방법 및 검사 장치에 관한 것이다.
최근, 대규모 집적회로(LSI)의 고집적화 및 대용량화에 수반하여, 반도체 소자에 요구되는 회로 선폭은 점점 좁아지고 있다. 이러한 반도체 소자는, 회로 패턴이 형성된 원화 패턴(마스크 혹은 레티클이라고도 함. 이하, 마스크라고 총칭함.)을 이용하여, 이른바 스테퍼라고 불리우는 축소 투영 노광 장치로 웨이퍼 상에 패턴을 노광 전사하여 회로 형성함으로써 제조된다.
그리고, 많은 제조 코스트가 드는 LSI의 제조에 있어서, 수율의 향상은 빠뜨릴 수 없다. 그러나, 1 기가비트급의 DRAM(랜덤 액세스 메모리)로 대표되듯이, LSI를 구성하는 패턴은, 서브 미크론부터 나노 미터의 오더로 되어 있다. 최근, 반도체 웨이퍼 상에 형성되는 LSI 패턴 치수의 미세화에 수반하여, 패턴 결함으로서 검출해야 하는 치수도 매우 작은 것으로 되어 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 전사된 초미세 패턴의 결함을 검사하는 검사 장치의 고정밀화가 필요해지고 있다. 그 밖에, 수율을 저하시키는 큰 요인의 하나로서, 반도체 웨이퍼 상에 초미세 패턴을 포토리소그래피 기술로 노광, 전사할 때에 사용되는 마스크의 패턴 결함을 들 수 있다. 그 때문에, LSI 제조에 사용되는 전사용 마스크의 결함을 검사하는 검사 장치의 고정밀화가 필요해지고 있다.
검사 수법으로서는, 확대 광학계를 이용하여 반도체 웨이퍼 등의 웨이퍼 또는 리소그래피 마스크 등의 마스크라고 하는 시료 상에 형성되어 있는 패턴을 소정의 배율로 촬상한 광학 화상과, 설계 데이터, 혹은 시료 상의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상과 비교함으로써 검사를 행하는 방법이 알려져 있다. 예를 들면, 검사 방법으로서, 동일 마스크 상의 상이한 장소의 동일 패턴을 촬상한 광학 화상 데이터끼리를 비교하는 「die　to　die(다이-다이) 검사」나, 패턴 설계된 CAD 데이터를 마스크에 패턴을 묘화할 때에 묘화 장치가 입력하기 위한 장치 입력 포맷으로 변환한 묘화 데이터(설계 패턴 데이터)를 검사 장치에 입력하고, 이를 베이스로 설계 화상 데이터(참조 화상)를 생성하고, 그와 패턴을 촬상한 측정 데이터가 되는 광학 화상을 비교하는 「die　to　database(다이-데이터베이스) 검사」가 있다. 이러한 검사 장치에 있어서의 검사 방법으로는, 검사 대상 기판은 스테이지(시료대) 상에 재치되고, 스테이지가 움직이는 것에 의해 광속(光束)이 시료 상을 주사하여, 검사가 행해진다. 검사 대상 기판에는, 광원 및 조명 광학계에 의해 광속이 조사된다. 검사 대상 기판을 투과 혹은 반사한 빛은 광학계를 통하여 센서 상에 결상된다. 센서로 촬상된 화상은 측정 데이터로서 비교 회로로 보내어진다. 비교 회로에서는, 화상끼리의 위치 조정 후, 측정 데이터와 참조 데이터를 적절한 알고리즘에 따라 비교하여, 일치하지 않는 경우에는, 패턴 결함 있음이라고 판정한다.
상술한 검사 장치에서는, 레이저광을 검사 대상 기판에 조사하고, 그 투과상 혹은 반사상을 촬상함으로써 광학 화상을 취득한다. 이에 대하여, 직선 상에 동일 피치로 배열되는 빔 열이 복수 열 배열되는 듯한 어레이 배열의 복수의 전자 빔으로 구성되는 멀티 빔을 검사 대상 기판에 조사하고, 검사 대상 기판으로부터 방출되는 각 빔에 대응하는 2 차 전자를 검출하여, 패턴상을 취득하는 검사 장치의 개발도 진행되고 있다. 이러한 멀티 빔을 포함한 전자 빔을 이용한 검사 장치에서는, 검사 대상 기판의 소영역마다 주사하여 2 차 전자를 검출한다.
본 발명은, 검사 정밀도의 향상된 검사 방법 및 검사 장치를 제공한다.
본 발명의 일 태양의 검사 방법은, 시료에 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 동시에 주사함으로써 검사 화상의 취득을 행하고, 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡과, 검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 검사 화상에 대응하는 참조 화상의 제1 보정 또는 검사 화상의 제2 보정을 행하고, 제1 보정이 이루어진 참조 화상과 검사 화상의 제1 비교 또는 참조 화상과 제2 보정이 이루어진 검사 화상의 제2 비교를 행한다.
도 1은, 제1 실시 형태에 있어서의 검사 장치의 구성을 도시한 구성도이다.
도 2는, 제1 실시 형태에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 부재의 구성을 도시한 개념도이다.
도 3은, 제1 실시 형태에 있어서의 검사 장치 내의 빔의 궤도를 설명하기 위한 도면이다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는, 제1 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 상의 패턴의 검사 화상을 취득하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 5는, 제1 실시 형태에 있어서의 빔 스캔 영역(검사 화상 취득 영역)에서의, 복수의 전자 빔의 조사가 되는 방법을 도시한 모식도이다.
도 6a 내지 도 6b는, 제1 실시 형태에 있어서의 빔 스캔 영역(검사 화상 취득 영역)에서의, 각각의 전자 빔의 위치에 관한 왜곡의 영향을 받아 취득된, 검사 화상의 모식도이다.
도 7은, 제1 실시 형태의 플로우차트이다.
도 8은, 제2 실시 형태에 있어서의 검사 방법의 개략을 설명하는 모식도이다.
도 9는, 제2 실시 형태의 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.
(제1 실시 형태)
본 실시 형태의 검사 방법은, 시료에 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 동시에 주사함으로써 검사 화상의 취득을 행하고, 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡과, 검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 검사 화상에 대응하는 참조 화상의 제1 보정 또는 검사 화상의 제2 보정을 행하고, 제1 보정이 이루어진 참조 화상과 검사 화상의 제1 비교 또는 참조 화상과 제2 보정이 이루어진 검사 화상의 제2 비교를 행한다.
본 실시 형태의 검사 장치는, 시료에 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 동시에 주사함으로써 시료의 2 차 전자상인 검사 화상의 취득을 행하는 화상 취득 기구와, 검사 화상과, 검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소를 보존하는 화상 보존부와, 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡을 보존하는 왜곡 보존부와, 복수의 왜곡과, 장소에 기초하여, 검사 화상에 대응하는 참조 화상의 제1 보정 또는 검사 화상의 제2 보정을 행하는 화상 보정 회로와, 제1 보정이 이루어진 참조 화상과 검사 화상의 제1 비교 또는 참조 화상과 제2 보정이 이루어진 검사 화상의 제2 비교를 행하는 비교 회로를 구비한다.
도 1은, 본 실시 형태에 있어서의 검사 장치의 구성을 도시한 구성도이다. 도 1에서, 기판에 형성된 패턴을 검사하는 검사 장치(100)는, 하전 입자 빔 검사 장치의 일예이다. 전자 빔은, 하전 입자 빔의 일예이다. 검사 장치(100)는, 전자 광학 화상 취득 기구(화상 취득 기구)(150), 및 제어계 회로(160)(제어부)를 구비하고 있다. 전자 광학 화상 취득 기구(150)는, 전자 빔 컬럼(102)(전자 경통), 검사실(103), 검출 회로(106), 스트라이프 패턴 메모리(123), 스테이지 구동 기구(142), 및 레이저 측장 시스템(122)을 구비하고 있다. 전자 빔 컬럼(102) 내에는, 전자 총(201), 조명 렌즈(202), 성형 애퍼처 어레이 기판(203), 축소 렌즈(205), 제한 애퍼처 기판(206), 대물 렌즈(207), 주편향기(208), 부편향기(209), 일괄 블랭킹 편향기(212), 빔 세퍼레이터(214), 투영 렌즈(224, 226), 편향기(228), 및 멀티 검출기(222)가 배치되어 있다.
검사실(103) 내에는, 적어도 XY 평면 상을 이동 가능한 XY 스테이지(시료대)(105)가 배치된다. XY 스테이지(105) 상에는, 검사 대상이 되는 칩 패턴이 형성된 기판(시료)(101)이 배치된다. 기판(101)에는, 노광용 마스크 또는 실리콘 웨이퍼 등의 반도체 기판이 포함된다. 기판(101)은, 예를 들면, 패턴 형성면을 상측을 향해 XY 스테이지(105)에 배치된다. 또한, XY 스테이지(105) 상에는, 검사실(103)의 외부에 배치된 레이저 측장 시스템(122)으로부터 조사되는 레이저 측장용의 레이저광을 반사하는 미러(216)가 배치되어 있다. 멀티 검출기(222)는, 전자 빔 컬럼(102)의 외부에서 검출 회로(106)에 접속된다. 검출 회로(106)는, 스트라이프 패턴 메모리(123)에 접속된다.
제어계 회로(160)에서는, 컴퓨터가 되는 제어 계산기(110)가, 버스(120)를 통하여, 위치 회로(107), 비교 회로(108), 전개 회로(111), 참조 회로(112), 스테이지 제어 회로(114), 렌즈 제어 회로(124), 블랭킹 제어 회로(126), 편향 제어 회로(128), 왜곡 보존부(130), 화상 보존부(132), 화상 보정 회로(134), 화상 패턴 판별 회로(136), 자기 디스크 장치 등의 패턴 데이터 보존부(109), 모니터(117), 메모리(118), 프린터(119)에 접속되어 있다. 또한, 스트라이프 패턴 메모리(123)는, 비교 회로(108)에 접속되어 있다. 또한, XY 스테이지(105)는, 스테이지 제어 회로(114)의 제어 하에 구동 기구(142)에 의해 구동된다. 구동 기구(142)에서는, 예를 들면, X 방향, Y 방향, θ 방향으로 구동하는 3 축(X-Y-θ) 모터와 같은 구동계가 구성되고, XY 스테이지(105)가 이동 가능하도록 되어 있다. 이들 도시하지 않은 X 모터, Y 모터, θ모터는, 예를 들면, 스텝 모터를 이용할 수 있다. XY 스테이지(105)는, XYθ 각 축의 모터에 의해 수평 방향 및 회전 방향으로 이동 가능하다. 그리고, XY 스테이지(105)의 이동 위치는 레이저 측장 시스템(122)에 의해 측정되어, 위치 회로(107)로 공급된다. 레이저 측장 시스템(122)은, 미러(216)로부터의 반사광을 수광함으로써, 레이저 간섭법의 원리로 XY 스테이지(105)의 위치를 측장한다.
전자 총(201)에는, 도시하지 않은 고압 전원 회로가 접속되고, 전자 총(201) 내의 도시하지 않은 필라멘트와 인출 전극 간으로의 고압 전원 회로로부터의 가속 전압의 인가와 함께, 소정의 인출 전극의 전압의 인가와 소정의 온도의 캐소드(필라멘트)의 가열에 의하여, 캐소드로부터 방출된 전자군이 가속되어, 전자 빔이 되어 방출된다. 조명 렌즈(202), 축소 렌즈(205), 대물 렌즈(207), 및 투영 렌즈(224, 226)는, 예를 들면, 전자 렌즈가 이용되고, 함께 렌즈 제어 회로(124)에 의해 제어된다. 또한, 빔 세퍼레이터(214)도 렌즈 제어 회로(124)에 의해 제어된다. 일괄 블랭킹 편향기(212), 및 편향기(228)는, 각각 적어도 2 극의 전극군에 의해 구성되어, 블랭킹 제어 회로(126)에 의해 제어된다. 주편향기(208), 및 부편향기(209)는, 각각 적어도 4 극의 전극군에 의해 구성되어, 편향 제어 회로(128)에 의해 제어된다.
기판(101)이 복수의 칩(다이) 패턴이 형성된 반도체 웨이퍼인 경우에는, 이러한 칩(다이) 패턴의 패턴 데이터가 검사 장치(100)의 외부로부터 입력되어, 패턴 데이터 보존부(109)에 저장된다. 기판(101)이 노광용 마스크인 경우에는, 이러한 노광용 마스크에 마스크 패턴을 형성하는 기초가 되는 설계 패턴 데이터가 검사 장치(100)의 외부로부터 입력되어, 패턴 데이터 보존부(109)에 저장된다.
여기서, 도 1에서는, 제1 실시 형태를 설명함에 있어서 필요한 구성을 기재하고 있다. 검사 장치(100)에게 있어서, 통상, 필요한 그 밖의 구성을 구비하고 있어도 상관없다.
도 2는, 제1 실시 형태에 있어서의 성형 애퍼처 어레이 부재의 구성을 도시한 개념도이다. 도 2에서, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 2 차원 형상(행렬 형상)의 가로(x 방향) N 열Х세로(y 방향) N＇ 단(N은 2 이상의 정수, N＇는 1 이상의 정수)의 홀(개구부)(22)이 x, y 방향(x：제1 방향, y：제2 방향)으로 소정의 배열 피치(L)로 형성되어 있다. 또한, 멀티 빔의 축소 배율이 a 배(멀티 빔 지름을 1/a로 축소하여 기판(101)에 조사하는 경우), 기판(101) 상에서의 x, y 방향에 대한 멀티 빔의 빔 간 피치를 p로 하는 경우, 배열 피치(L)는, L=(aХp)의 관계가 된다. 도 2의 예에서는, N=5, N＇=5의 5Х5 개의 멀티 빔 형성용의 홀(22)이 형성되는 경우를 나타내고 있다. 이어서, 검사 장치(100)에 있어서의 전자 광학 화상 취득 기구(150)의 동작에 대해 설명한다.
도 3은, 제1 실시 형태에 있어서의 검사 장치 내의 빔의 궤도를 설명하기 위한 도면이다. 전자 총(201)(방출원)으로부터 방출된 전자 빔(200)은, 조명 렌즈(202)에 의해 거의 수직으로 성형 애퍼처 어레이 기판(203) 전체를 조명한다. 성형 애퍼처 어레이 기판(203)에는, 도 2에 도시한 바와 같이, 직사각형의 복수의 홀(22)(개구부)이 형성되고, 전자 빔(200)은, 모든 복수의 홀(22)이 포함되는 영역을 조명한다. 복수의 홀(22)의 위치에 조사된 전자 빔(200)의 각 일부가, 이러한 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)을 각각 통과함으로써, 예를 들면, 직사각형 혹은 원형의 복수의 전자 빔(멀티 빔)(복수의 전자 빔)(20a~20d)(도 1 및 도 3의 실선)이 형성된다.
형성된 멀티 빔(20a~20d)은, 그 후, 크로스오버(C.O.)를 형성하고, 멀티 빔(20)의 크로스오버 위치에 배치된 빔 세퍼레이터(214)를 통과한 후, 축소 렌즈(205)에 의하여 축소되어, 제한 애퍼처 기판(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 여기서, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)과 축소 렌즈(205)와의 사이에 배치된 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의하여, 멀티 빔(20a~20d) 전체가 일괄하여 편향된 경우에는, 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀로부터 위치가 이탈되어, 제한 애퍼처 기판(206)에 의해 차폐된다. 한편, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해 편향되지 않은 멀티 빔(20a~20d)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 제한 애퍼처 기판(206)의 중심의 홀을 통과한다. 이러한 일괄 블랭킹 편향기(212)의 ON/OFF에 의하여 블랭킹 제어가 행해지고, 빔의 ON/OFF가 일괄 제어된다. 이와 같이, 제한 애퍼처 기판(206)은, 일괄 블랭킹 편향기(212)에 의해 빔 OFF의 상태가 되도록 편향된 멀티 빔(20a~20d)을 차폐한다. 그리고, 빔 ON이 되고 나서 빔 OFF가 될 때까지 형성된, 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 빔 군에 의하여, 멀티 빔(20a~20d)이 형성된다. 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 멀티 빔(20a~20d)은, 대물 렌즈(207)에 의해 초점이 맞추어져, 원하는 축소율의 패턴상(빔 지름)이 되고, 주편향기(208) 및 부편향기(209)에 의하여, 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 멀티 빔(20) 전체가 동일 방향으로 일괄하여 편향되어, 각 빔의 기판(101) 상의 각각의 조사 위치에 조사된다. 이러한 경우에, 주편향기(208)에 의하여, 각 빔이 주사하는 후술하는 단위 검사 영역의 기준 위치를 각각 조사하도록 멀티 빔(20) 전체를 일괄 편향함과 동시에, XY 스테이지(105)의 이동에 추종하도록, 트랙킹 편향을 행한다. 그리고, 부편향기(209)에 의하여, 각 빔이 각각 대응하는 단위 검사 영역 내의 NХN＇ 개의 서브 영역(후술하는 그리드(29))을 주사하도록 멀티 빔(20) 전체를 일괄 편향한다. 한번에 조사되는 멀티 빔(20)은, 이상적이게는 성형 애퍼처 어레이 기판(203)의 복수의 홀(22)의 배열 피치(L(=ap))에 상술한 원하는 축소율(1/a)을 곱한 피치로 배열되게 된다. 이와 같이, 전자 빔 컬럼(102)은, 한번에 2 차원 형상의 NХN＇ 개의 멀티 빔(20)을 기판(101)에 조사한다. 기판(101)의 원하는 위치에 멀티 빔(20)이 조사된 것에 기인하여 기판(101)으로부터 멀티 빔(20)의 각 빔에 대응하는 2 차 전자의 다발(멀티 2 차 전자(300))(도 1 및 도 3의 점선)이 방출된다.
기판(101)으로부터 방출된 멀티 2 차 전자(300)는, 대물 렌즈(207)에 의하여, 멀티 2 차 전자(300)의 중심측으로 굴절되어, 제한 애퍼처 기판(206)에 형성된 중심의 홀을 향해 나아간다. 제한 애퍼처 기판(206)을 통과한 멀티 2 차 전자(300)는, 축소 렌즈(205)에 의해 광축과 거의 평행하게 굴절되어, 빔 세퍼레이터(214)로 진행된다.
여기서, 빔 세퍼레이터(214)는 멀티 빔(20)이 진행하는 방향(광축)에 직교하는 면 상에서 전계와 자계를 직교하는 방향으로 발생시킨다. 전계는 전자의 진행 방향에 관계없이 동일한 방향으로 힘을 미친다. 이에 대하여, 자계는 프레밍 왼손 법칙에 따라 힘을 미친다. 그 때문에 전자의 침입 방향에 의해 전자에 작용하는 힘의 방향을 변화시킬 수 있다. 빔 세퍼레이터(214)에 상측으로부터 침입해 오는 멀티 빔(20)(1 차 전자 빔)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 상쇄하고, 멀티 빔(20)은 하방으로 직진한다. 이에 대하여, 빔 세퍼레이터(214)에 하측으로부터 침입해 오는 멀티 2 차 전자(300)에는, 전계에 의한 힘과 자계에 의한 힘이 모두 동일한 방향으로 움직이고, 멀티 2 차 전자(300)는 기울기 상방으로 굽혀진다.
기울기 상방으로 굽혀진 멀티 2 차 전자(300)는, 투영 렌즈(224, 226)에 의하여, 굴절되면서 멀티 검출기(222)에 투영된다. 멀티 검출기(222)는, 투영된 멀티 2 차 전자(300)를 검출한다. 멀티 검출기(222)는, 도시하지 않은 다이오드형의 2 차원 센서를 가진다. 그리고, 멀티 빔(20)의 각 빔에 대응하는 다이오드형의 2 차원 센서 위치에 있어서, 멀티 2 차 전자(300)의 각 2 차 전자가 다이오드형의 2 차원 센서에 충돌하여 전자를 발생하고, 2 차 전자 화상 데이터를 후술하는 화소마다에 생성한다. 멀티 검출기(222)가 멀티 2 차 전자(300)를 검출하지 않는 경우에는, 편향기(228)로 멀티 2 차 전자(300)를 블랭킹 편향함으로써 수광면에 멀티 2 차 전자(300)를 도달시키지 않게 하면 된다.
도 4(a) 내지 도 4(c)는, 본 실시 형태에 있어서의 웨이퍼 상의 패턴의 검사 화상을 취득하는 방법을 도시한 모식도이다.
도 4(a)는, 웨이퍼(W) 상에 복수의 샷(S)이 형성되어 있는 것을 도시한 모식도이다. 각각의 샷(S) 내에, 검사 장치(100)의 검사 대상이 되는 패턴이 형성되어 있다. 각각의 샷(S)은, 예를 들면, 마스크를 이용한 1 회의 노광에 의해 형성되어 있으나, 복수 회의 노광에 의해 형성되어 있어도 된다.
도 4(b)는, 검사 다이(D) 내에 있어서의, 멀티 빔(20)의 스캔이 되는 방법을 도시한 모식도이다. 도 4(b)에서는, 검사 종료 영역(Z), 검사 스트라이프(U), 빔 스캔 영역(검사 화상 취득 영역)(T) 및 검사 개시 영역(R)이 각각 표시되어 있다.
도 4(c)는, 검사 스트라이프(U) 내에 있어서의 웨이퍼(W)의 이동에 대해 도시한 모식도이다. 빔 스캔 영역(T)을 가로지르도록, 검사 스트라이프(U)(웨이퍼(W))를 이동시킨다.
도 5는, 본 실시 형태에 있어서의 빔 스캔 영역(T)(검사 화상 취득 영역)에서의, 복수의 전자 빔(멀티 빔(20))이 조사가 되는 방법을 도시한 모식도이다. 또한, 성형 애퍼처 어레이 기판(203)(도 2)에 3Х3=9 개의 멀티 빔 형성용의 홀(22)이 형성되어 있는 것으로서 설명한다.
패턴의 검사를 행할 때에는, 검사 대상이 되는 검사 다이(D)를 멀티 빔(20)에 의해 스캔한다. 멀티 빔(20)은, 검사 다이(D) 내의 빔 스캔 영역(검사 화상 취득 영역)(T)에 조사되어 있다. 이 때, 웨이퍼(W)를, 예를 들면, X 방향과 반대의 방향으로, 빔 스캔 영역(T)을 가로지르도록 이동시킨다(도 4(c) 참조). 웨이퍼(W)의 이동과 함께 멀티 빔(20)을 Y 방향 및 Y 방향과 반대의 방향으로 이동시킴으로써, 빔 스캔 영역(T) 전체를 스캔(주사)하여, 빔 스캔 영역(T)의 검사 화상을 취득한다.
상술의 작업을 행함으로써, 검사 스트라이프(U) 내의 검사 화상의 취득을 행한다. 검사 스트라이프(U) 내의 검사가 종료되면, 웨이퍼(W)를 Y 방향으로 검사 스트라이프(U)의 Y 방향의 길이분만큼 이동시키고, 웨이퍼(W)를 X 방향으로 이동시켜, 더 검사 화상을 취득한다. 이를 빔 스캔 영역(T)이, 검사 개시 영역으로부터 검사 종료 영역을 가로지를 때까지 계속하여, 검사 다이(D) 내 전체의 검사 화상을 취득한다.
또한, 도 4(b)에서는, 검사 다이(D)와 샷(S)의 크기는 동일한 것으로 되어있으나, 예를 들면, 샷(S) 중에 검사 다이(D)가 복수 개 형성되어 있어도 된다.
도 6a 내지 도 6b는, 본 실시 형태에 있어서의 빔 스캔 영역(T)에서의, 각각의 전자 빔의 위치에 관한 왜곡의 영향을 받아 취득된, 검사 화상의 모식도이다.
도 6a는, 각각의 전자 빔의 위치에 대한 왜곡의 영향을 받아, 각각의 전자 빔에 의해 스캔되는 영역(스캔 에어리어)이 어떻게 변화하는지를 도시한 모식도이다.
전자 빔이 통과하는 광학계에는, 광학 수차가 존재한다. 이 광학 수차에 의하여, 각각의 전자 빔은 왜곡을 가지게 된다. 왜곡의 일예로서는, 위치에 대한 왜곡을 들 수 있다. 위치에 대한 왜곡이란, 설계로부터 이탈된 웨이퍼(W) 상의 위치에 전자 빔이 조사되는 것이다. 위치에 대한 왜곡에 의하여, 도 6a의 실선으로 나타낸 스캔 에어리어가 스캔되도록 설계하고 있어도, 실제로는, 위치에 대한 왜곡에 의하여, 점선으로 나타낸 바와 같은 에어리어가 스캔되는 경우가 생긴다.
도 6b는, 각각의 전자 빔의 위치에 관한 왜곡의 영향을 받아 취득된, 검사 화상의 모식도이다. 실선으로 나타낸 스캔 에어리어에 대응하는 검사 화상이 취득되도록 설계해도, 위치에 대한 왜곡에 의하여, 점선으로 나타낸 바와 같은 화상이 취득되는 경우가 생긴다. 예를 들면, 에어리어(A)에 대응하는 전자 빔에 의한 스캔이, 도 6a에 도시한 바와 같은, X 방향으로 홀쪽한 직사각형의 형상의 에어리어(A＇)에 대하여 행해진 경우, 대응하는 검사 화상은, 반대로 정사각형을 Y 방향으로 홀쪽하게 왜곡시킨 화상(A＇＇)으로서 취득된다. 또한, 에어리어(B)에 대응하는 전자 빔에 의한 스캔이, 도 6a에 도시한 바와 같은, 설계보다도 X 방향 및 Y 방향의 양방으로 큰 에어리어(B＇)에 대하여 행해진 경우, 대응하는 검사 화상은, 설계보다도 X 방향 및 Y 방향의 양방으로 작은 화상(B＇＇)으로서 취득된다.
또한, 위치에 관한 왜곡에 의하여, 어느 특정의 에어리어에 대응된 전자 빔에 의해 검출되어야 할 결함이, 다른 상이한 전자 빔에 의해 검출된다고 하는 경우도 생길 수 있다.
전자 빔의 왜곡으로서는, 그 밖에 빔 밝기의 왜곡, 빔 형상의 왜곡, 빔의 둔함의 왜곡 등이 상정된다. 빔 밝기의 왜곡이란, 예를 들면, 각각의 전자 빔의 밝기가 상이하다고 하는 왜곡이다. 동일한 크기의 결함이어도, 어두운 전자 빔으로 검출하면, 밝은 전자 빔으로 검출하는 것보다도 결함이 작게 검출되어 버린다.
빔 형상의 왜곡이란, 예를 들면, 각각의 전자 빔의 웨이퍼(W) 표면에서의 형상이, 어느 전자 빔에 대해서는 원인 것에 비해, 다른 전자 빔에 대해서는 타원이라고 하는 왜곡이다.
빔의 둔함의 왜곡은, 어느 특정의 전자 빔의 초점은 웨이퍼(W) 표면에서 만나고 있는 것에 대하여, 그 밖의 전자 빔의 초점은 웨이퍼(W) 표면에서 만나고 있지 않다고 하는 왜곡이다.
도 7은, 본 실시 형태에 있어서의 검사 방법의 플로우차트이다.
우선, XY 스테이지(105) 상에, 검사 대상인, 패턴이 형성된 웨이퍼(W)(기판(101))를 재치한다(S12).
이어서, 복수의 전자 빔으로 구성되는 멀티 빔(20)을 웨이퍼(W)의 빔 스캔 영역(T)에 조사한다(S14).
멀티 빔(20)을 빔 스캔 영역(T)에 조사하면서, 빔 스캔 영역(T)을 웨이퍼(W)의 검사 스트라이프(U)가 통과하도록 XY 스테이지(105)를 이동시키고(S16), 검사 화상을 취득한다(S18). 취득된 검사 화상은, 예를 들면, 화상 보존부(132)에 보존된다.
「검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소」를, 도 5를 예로 들어 설명한다. 도 5에서는, 합계 9 개의 멀티 빔을 사용하여, 에어리어(1), 에어리어(2), 에어리어(3), 에어리어(4), 에어리어(5), 에어리어(6), 에어리어(7), 에어리어(8) 및 에어리어(9) 각각의 검사 화상을 취득하고 있다. 「검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소」란, 검사 화상의 어느 에어리어가, 복수의 전자 빔 중 어느 전자 빔에 의해 취득되었는가, 라고 하는 것이다. 「검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소」도, 취득된 검사 화상과 함께, 화상 보존부(132)에 보존된다.
이어서, 참조 화상을 취득한다(S20). 참조 화상을 작성하기 위한 패턴 데이터는, 패턴 데이터 보존부(109)에 보존되어 있다. 이에, 제어 계산기(110)는 패턴 데이터 보존부(109)로부터 패턴 데이터를 읽어내고, 전개 회로(111)를 이용하여 패턴 데이터를 전개하여, 참조 회로(112)를 이용하여 참조 화상을 작성한다. 이리하여 취득된 참조 화상은, 예를 들면, 화상 보존부(132)에 보존된다.
이어서, 제어 계산기(110)는, 화상 보정 회로(134)를 이용하여, 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡과, 검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 검사 화상에 대응하는 참조 화상의 제1 보정 또는 검사 화상의 제2 보정을 행한다(S22). 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡은, 미리 계측하여 왜곡 보존부(130)에 보존해 둔다.
이어서, 제어 계산기(110)는, 비교 회로(108)를 이용하여, 제1 보정이 이루어진 참조 화상과 검사 화상의 제1 비교 또는 참조 화상과 제2 보정이 이루어진 검사 화상의 제2 비교를 행한다(S24).
이어서, 본 실시 형태의 작용 효과에 대하여 기재한다.
반도체 패턴의 미세화에 수반하여, 검사 분해능이 높은 복수의 전자 빔을 매트릭스 형상으로 배치하여 동시에 스캔하고, 동시에 복수의 패턴의 검사 화상을 취득할 수 있는 검사 장치 및 검사 방법이 요구되고 있다.
여기서, 복수의 전자 빔 각각은, 위치에 관한 왜곡, 빔 밝기의 왜곡, 빔 형상의 왜곡, 빔의 둔함의 왜곡이라고 하는 왜곡을 가진다. 그 때문에, 취득되는 검사 화상은, 왜곡에 의해 변화되어 버린다. 한편, 패턴 데이터로부터 작성되는 참조 화상에는 이러한 전자 빔의 왜곡에 의해 화상이 변화하는 것은 상정되어 있지 않다. 그 때문에, 검사 화상과 참조 화상을 비교하여 검사함에 있어서, 전자 빔의 왜곡이 문제가 된다.
본 실시 형태의 검사 방법에 의하면, 검사 화상의 어느 부분이, 어느 전자 빔에 의해 취득되었는가, 라고 하는 점과, 전자 빔의 왜곡에 기초하여, 참조 화상 또는 검사 화상을 보정할 수 있다. 이에 의하여, 결함의 오검지를 억제할 수 있는 검사 방법의 제공이 가능해진다.
시료가 재치된 스테이지의 좌표에 기초하여, 취득에 이용된 복수의 전자 빔의, 검사 화상 내의 장소를 구함으로써, 취득에 이용된 전자 빔과 검사 화상을 대응시키는 것이 가능해진다.
본 실시 형태의 검사 방법에 의하면, 결함의 오검지를 억제할 수 있는 검사 방법의 제공이 가능해진다.
(제2 실시 형태)
본 실시 형태의 검사 방법은, 시료의, 제1 패턴을 가지는 제1 영역에, 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 제1 영역 내에서 동시에 주사함으로써 참조 화상의 제1 취득을 행하고, 시료의, 제2 패턴을 가지는 제2 영역에, 제1 패턴과 제2 패턴 중 동일한 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔 중 동일한 전자 빔이 조사되도록, 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 제2 영역 내에서 동시에 주사함으로써 검사 화상의 제2 취득을 행하고, 참조 화상과 검사 화상의 비교를 행한다.
본 실시 형태의 검사 장치는, 시료의, 제1 패턴을 가지는 제1 영역에 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 제1 영역 내에서 동시에 주사함으로써 참조 화상의 제1 취득을 행하고, 시료의, 제2 패턴을 가지는 제2 영역에, 제1 패턴과 제2 패턴 중 동일한 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔 중 동일한 전자 빔이 조사되도록, 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 제2 영역 내에서 동시에 주사함으로써 검사 화상의 제2 취득을 행하는 화상 취득 기구와, 참조 화상과 검사 화상의 비교를 행하는 비교 회로를 구비한다.
제1 실시 형태와 중복하는 내용에 대해서는, 기재를 생략한다.
본 실시 형태의 검사 방법은, die　to　die(다이-다이) 검사 방법이다.
도 8은, 본 실시 형태에 있어서의 검사 방법의 개략을 설명하는 모식도이다.
본 실시 형태의 검사 방법은, die　to　die(다이-다이) 검사 방법이다. 이에, 참조 다이(제1 영역)에 복수의 전자 빔을 조사하여 참조 화상을 취득한다. 또한, 검사 다이(제2 영역)에 복수의 전자 빔을 조사하여 검사 화상을 취득한다. 그리고, 참조 화상과 검사 화상의 비교를 행함으로써, 검사를 행한다.
여기서, 비교를 행하기 위해서는, 참조 화상과 검사 화상 중에 동일한 패턴이 포함되어 있을 것을 필요로 한다. 또한, 전자 빔의 왜곡의 영향을 없애기 위해서는, 동일한 패턴을 동일한 전자 빔으로 스캔하는 것이 바람직하다. 이에, 검사 다이에 대해서는, 참조 다이가 가지는 패턴과 동일한 패턴 부분에 대하여 동일한 전자 빔이 조사되도록 한다.
도 9는, 본 실시 형태의 검사 방법의 플로우차트이다.
(S16)의 후, 시료의, 제1 패턴을 가지는 제1 영역에, 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 제1 영역 내에서 동시에 주사함으로써 참조 화상의 제1 취득을 행한다(S40). 참조 화상과, 참조 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소는, 화상 보존부(132)에 보존된다.
이어서, 시료의, 제2 패턴을 가지는 제2 영역에, 제1 패턴과 제2 패턴 중 동일 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔의 동일한 전자 빔이 조사되도록, 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 전자 빔을 제2 영역에서 동시에 주사함으로써 검사 화상의 제2 취득을 행한다(S42). 검사 화상과, 검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소는, 화상 보존부(132)에 보존된다.
여기서, 시료가 재치된 스테이지의 좌표에 기초하여, 제1 패턴과 제2 패턴 중 동일한 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔 중 동일한 전자 빔이 조사되도록, 검사 화상의 제2 취득을 행해도 된다.
제1 패턴과 제2 패턴 중 동일 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔의 동일한 전자 빔이 조사되도록 하기 위하여, 화상 패턴 판별 회로(136)를 이용한다. 화상 패턴 판별 회로(136)는, 예를 들면, 참조 화상과 검사 화상을 비교하여, 동일 패턴 부분을 찾아낸다. 이어서, 참조 화상의 동일 패턴 부분과 검사 화상의 동일 패턴 부분에 동일한 전자 빔이 조사되어 있는지의 여부를 확인한다. 또한, 화상 패턴 판별 회로(136)의 기능은, 이에 한정되지 않는다.
또한, 검사 화상의 제2 취득을 먼저 행한 후, 참조 화상의 제1 취득을 행해도 된다.
이어서, 참조 화상과 검사 화상의 비교를 행한다(S44).
또한, 참조 화상과 검사 화상의 비교를 행하기 전에, 화상 보정 회로(134)를 이용하여, 참조 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소 및 검사 화상 내에서 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 참조 화상의 제1 보정 및 검사 화상의 제2 보정을 행해도 된다.
이어서, 본 실시 형태의 작용 효과를 기재한다.
die　to　die(다이-다이) 검사에 있어서도, 전자 빔의 왜곡을 고려하여 검사를 행함으로써, 결함의 오검지를 억제할 수 있는 검사 방법의 제공이 가능해진다.
die　to　die(다이-다이) 검사에서는, 동일한 패턴 부분에 대하여 동일한 전자 빔이 조사되도록 하면, die　to　database(다이-데이터베이스) 검사와 같이 왜곡에 수반하는 보정을 행하지 않아도, 간편하게 검사를 행할 수 있다.
한편, die　to　die(다이-다이) 검사에 있서는, 동일한 패턴 부분에서의 비교를 행하기 위해, 화상 패턴 판별 회로(136)를 이용하여 동일한 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔 중 동일한 전자 빔이 조사된 장소의 비교를 행하도록 한다. 이에 의하여, die　to　die(다이-다이) 검사에 있어서도, 결함의 오검지를 억제할 수 있는 검사 방법의 제공이 가능해진다.
물론, die　to　die(다이-다이) 검사에 있어서도, 전자 빔의 왜곡에 수반하는 보정을 행함으로써, 더 정밀도 높은 검사를 행할 수 있다. 특히, 빔 밝기의 왜곡을 보정하면, 각각의 전자 빔으로 취득된 검사 화상에 대하여, 결함의 크기의 비교를 용이하게 행할 수 있다.
이상의 설명에 있어서, 일련의 「~기구」 또는 「~회로」는, 처리 회로를 포함하고, 그 처리 회로에는, 전기 회로, 컴퓨터, 프로세서, 회로 기판, 양자 회로, 혹은 반도체 장치 등이 포함된다. 또한, 각 「~회로」는, 공통된 처리 회로(동일한 처리 회로)를 이용하여도 된다. 혹은, 상이한 처리 회로(다른 처리 회로)를 이용하여도 된다. 프로세서 등을 실행시키는 프로그램은, 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, 혹은 ROM(리드 온리 메모리) 등의 기록 매체에 기록되면 된다. 또한, 「~기억부」, 「~보존부」 또는 기억 장치는, 예를 들어, 자기 디스크 장치, 자기 테이프 장치, FD, ROM(리드 온리 메모리), SSD(솔리드 스테이트 드라이브) 등의 기록 매체를 포함한다.
이상, 구체적인 예를 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였다. 상술의 실시 형태는 어디까지나, 예로서 들어져 있을 뿐이며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 각 실시 형태의 구성 요소를 적절히 조합해도 상관없다.
예를 들면, 실시 형태에서는, 웨이퍼(W) 상에 형성된 패턴의 검사를 예로 들어 설명을 행하였으나, 마스크 상에 형성된 패턴의 검사여도 바람직하게 설명할 수 있다.
실시 형태에서는, 검사 방법 및 검사 장치의 구성 또는 그 제조 방법 등, 본 발명의 설명에 직접 필요로 하지 않는 부분 등에 대해서는 기재를 생략했으나, 필요하게 되는 검사 방법의 구성을 적절히 선택하여 이용할 수 있다. 그 밖에, 본 발명의 요소를 구비하여, 당업자가 적절히 설계 변경할 수 있는 모든 검사 방법은, 본 발명의 범위에 포함된다. 본 발명의 범위는, 특허 청구의 범위 및 그 균등물의 범위에 의해 정의되는 것이다.

Claims (12)

  1. 시료에 복수의 전자 빔을 조사하면서, 복수의 상기 전자 빔을 동시에 주사함으로써 검사 화상의 취득을 행하고,
    상기 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡과 상기 검사 화상 내에서 상기 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 상기 검사 화상에 대응하는 참조 화상의 제1 보정을 행하고,
    상기 제1 보정이 이루어진 상기 참조 화상과 상기 검사 화상의 제1 비교를 행하고,
    상기 검사 화상 내에서 상기 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소는 상기 검사 화상의 어느 부분이 어느 전자 빔에 의해 취득되었는가 나타내는 것인, 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시료가 재치된 시료대의 좌표에 기초하여 상기 장소를 구하는 검사 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 왜곡은, 위치에 대한 왜곡, 빔 밝기의 왜곡, 빔 형상의 왜곡 또는 빔의 둔함의 왜곡인 검사 방법.
  4. 시료의, 제1 패턴을 가지는 제1 영역에, 복수의 전자 빔을 조사하면서, 상기 복수의 전자 빔을 상기 제1 영역 내에서 동시에 주사함으로써 참조 화상의 제1 취득을 행하고,
    상기 시료의, 제2 패턴을 가지는 제2 영역에, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 중 동일한 패턴 부분에 대하여 상기 복수의 전자 빔 중 동일한 상기 전자 빔이 조사되도록, 상기 복수의 전자 빔을 조사하면서, 상기 복수의 전자 빔을 상기 제2 영역 내에서 동시에 주사함으로써 검사 화상의 제2 취득을 행하고,
    상기 참조 화상과 상기 검사 화상의 비교를 행하고,
    상기 비교에 있어서, 동일한 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔 중 동일한 전자 빔이 조사된 장소의 비교를 행하는,
    검사 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 시료가 재치된 시료대의 좌표에 기초하여, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 중 동일한 패턴 부분에 대하여 상기 복수의 전자 빔 중 동일한 상기 전자 빔이 조사되도록, 상기 검사 화상의 상기 제2 취득을 행하는 검사 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡과, 상기 참조 화상 내에서 상기 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소 및 상기 검사 화상 내에서 상기 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 상기 참조 화상의 제1 보정 및 상기 검사 화상의 제2 보정을 행하는 검사 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 왜곡은, 위치에 대한 왜곡, 빔 밝기의 왜곡, 빔 형상의 왜곡 또는 빔의 둔함의 왜곡인 검사 방법.
  8. 시료의, 제1 패턴을 가지는 제1 영역에 복수의 전자 빔을 조사하면서, 상기 복수의 전자 빔을 상기 제1 영역 내에서 동시에 주사함으로써 참조 화상의 제1 취득을 행하고, 상기 시료의, 제2 패턴을 가지는 제2 영역에, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 중 동일한 패턴 부분에 대하여 상기 복수의 전자 빔 중 동일한 상기 전자 빔이 조사되도록, 상기 복수의 전자 빔을 조사하면서, 상기 복수의 전자 빔을 상기 제2 영역 내에서 동시에 주사함으로써 검사 화상의 제2 취득을 행하는 화상 취득 기구와,
    상기 참조 화상과 상기 검사 화상의 비교를 행하는 비교 회로
    를 구비하고,
    상기 비교 회로는 동일한 패턴 부분에 대하여 복수의 전자 빔 중 동일한 전자 빔이 조사된 장소의 비교를 행하는, 검사 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 참조 화상과 상기 검사 화상을 비교하여 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 중 상기 동일한 패턴 부분을 찾아내고, 상기 참조 화상의 상기 동일한 패턴 부분과 상기 검사 화상의 상기 동일한 패턴 부분에 상기 복수의 전자 빔 중 동일한 상기 전자 빔이 조사되어 있는지의 여부를 확인하는 화상 패턴 판별 회로를 더 구비하는 검사 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 화상 취득 기구는, 상기 시료가 재치된 시료대의 좌표에 기초하여, 상기 제1 패턴과 상기 제2 패턴 중 상기 동일한 패턴 부분에 대하여 상기 복수의 전자 빔 중 동일한 상기 전자 빔이 조사되도록, 상기 검사 화상의 상기 제2 취득을 행하는 검사 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 전자 빔 각각이 가지는 복수의 왜곡과, 상기 참조 화상 내에서 상기 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소 및 상기 검사 화상 내에서 상기 복수의 전자 빔 각각이 스캔한 장소에 기초하여, 상기 참조 화상의 제1 보정 및 상기 검사 화상의 제2 보정을 행하는 화상 보정 회로를 더 구비하는 검사 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 왜곡은, 위치에 대한 왜곡, 빔 밝기의 왜곡, 빔 형상의 왜곡 또는 빔의 둔함의 왜곡인 검사 장치.
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