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発明の名称 試料処理装置
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−162987
公開日 平成6年(1994)6月10日
出願番号 特願平4−309065
出願日 平成4年(1992)11月18日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】筒井 大和
発明者 水野 文夫
要約 目的
異種装置間での座標変換操作を不要にし、試料のばらつきにかかわらず各装置間での試料の特定部分の位置出しを高精度に行えるようにする。

構成
処理ステージ上に搭載された試料を粒子線を用いて観察、分析または加工を行うに際し、その特定部分の座標が必要な試料処理装置であって、前記粒子線を用いて前記試料の周辺の少なくとも数カ所を走査して前記試料の形状を特定し(ステップ103)、これによる算出形状に基づいて他の異種装置の座標に変換する(ステップ104,105,106)。
特許請求の範囲
【請求項1】 処理ステージ上に搭載された試料を粒子線を用いて観察、分析または加工を行う試料処理装置であって、前記粒子線を用いて前記試料の周辺の少なくとも数カ所を走査して前記試料の形状を求める形状算出手段と、該形状算出手段による形状値に基づいて前記試料内の任意の位置に対する処理ステージ移動位置データを算出する演算手段とを具備することを特徴とする試料処理装置。
【請求項2】 前記形状は、前記試料の輪郭であることを特徴とする請求項1記載の試料処理装置。
【請求項3】 前記形状算出手段は、前記試料を絶縁材を介して導電性のカセット部材に保持し、前記粒子線を照射した際の粒子線吸収電流を検出するものであることを特徴とする請求項1記載の試料処理装置。
【請求項4】 前記形状算出手段は、前記試料を保持する部材の少なくとも前記試料の載置部分の外側に蛍光材を設け、この蛍光材に前記粒子線が照射した際のカソードルミネセンスを検出するものであることを特徴とする請求項1記載の試料処理装置。
【請求項5】 前記粒子線は、走査電子ビーム、収束イオンビーム、レーザビームのいずれかであることを特徴とする請求項1記載の試料処理装置。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は試料に対し観察、分析、加工などを行う技術、特に、電子ビームなどのビームを試料表面に照射して観察、分析、加工などを行うために用いて効果のある技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、半導体装置の製造にあっては、半導体ウェハ(以下、ウェハという)や半導体チップの表面に異物が付着することは、実装密度が高いほどパターン欠陥(ショート、バリ、欠け、断線など)を招き易く、歩留りを低下させる。そこで、走査形電子顕微鏡などによる外観検査が重要になる。また、ショートや断線などに対しては、切断や接続の加工が行われるが、この加工においては、同様に走査形電子顕微鏡などによる外観観察を行いながら実行する。
【0003】図8は異物低減のための処理を示す説明図である。
【0004】異物低減に関する処理は検査部門と解析部門とに大別されるが、いずれも対象部分を特定するために外観観察装置4(例えば、走査形電子顕微鏡、レーザ顕微鏡など)による外観観察を伴う。そして、検査部門には異物検査装置1による異物検査、パターン欠陥検査装置2によるパターン欠陥検査、テスタ3による動作テストなどがある。
【0005】また、解析部門は外観観察を必須の作業とする断面加工装置5(収束イオンビーム断面加工装置など)による断面加工(下層の部分を見るために削り取る加工)及び分析装置による分析処理(X線分析装置6、蛍光分光分析装置7、質量分析装置8など)がある。
【0006】そして、検査、断面加工、分析のいずれかから他の処理へ移る場合、その外観観察のために必ず座標変換処理が伴う。これは、例えば、異物検査の次にパターン欠陥検査を行う場合、装置が別体であるため、試料(半導体ウェハ)を個々の装置の試料テーブルに設置しなおすためである。
【0007】異物低減のための処理としては、まず、異物検査装置1やパターン欠陥検査装置2、またはテスタ3などを用いて異物やパターン欠陥の有無が検査され、同時に異物やパターン欠陥の存在位置が検出される。
【0008】ついで、低減対策を講じることを目的として異物発生源究明のための解析作業が行われる。この解析作業では、まず、異物やパターン欠陥の形状、外観を外観観察装置4を用いて観察する。観察だけで異物発生源を見つけ出すことができない場合、さらにX線分析装置6、蛍光分光分析装置7または質量分析装置8などを用いて異物の組成分析を行う。
【0009】なお、異物やパターン欠陥が膜などで覆われている場合、断面加工装置5を用いて異物やパターン欠陥部分の断面を作成し、異物やパターン欠陥の断面を剥き出しにした状態で観察や分析を行う。
【0010】図9は異物検査装置1の一例の原理的構成を示す正面図である。
【0011】ステージ9上にはウェハ10が載置され、このウェハ10上には異物11が付着している。ウェハ10の真上からレーザ光12が照射され、その際に生じる散乱光の一部(斜め方向に生じた散乱光13)が集光レンズ14,15(散乱光12を挟んで対象位置に配設される)に入光する。
【0012】集光レンズ14,15の各々の結像位置には検出器16,17の各々が配設されている。ステージ9を水平移動させる過程で異物11にレーザ光12が照射されると、集光レンズ14,15へ入光する散乱光13の光量が増え、検出器16,17の検出量が増える。この検出出力は、ウェハ10の他の部分に比べ、ピーク値として現れるので容易に異物有りを判定することができる。
【0013】図10は外観観察装置4の一例を示す概略構成図である。ここでは、外観観察装置4として走査形電子顕微鏡を例示している。
【0014】ウェハ10を載置する処理ステージ18、ウェハ10の上部に配設されて電子ビームをウェハ10に照射する電子銃19、電子ビーム20を絞る電子レンズ21、電子ビーム20を偏向させる偏向器22、電子ビーム20のウェハ10への照射によって生じる2次電子23などを検出する2次電子検出器24、その出力を増幅する増幅器25、及び検出信号をもとに画像を表示するディスプレイ26の各々を備えて構成される。
【0015】また、図10においては、X線分析装置6として機能するX線検出器27が設けられ、電子ビーム20の照射に伴って生じるX線28を検出し、その波長及び量からX線分析を行う。
【0016】図10の構成においては、電子銃19から照射された電子ビーム20は電子レンズ21で絞られたのち、偏向器22の偏向を受けながらウェハ10の表面に照射される。偏向器22で偏向されることにより、電子ビーム20はウェハ10上の所定の観察領域を二次元的に走査する。
【0017】この走査によって、ウェハ10の表面からは2次電子23及びX線28が放出され、放出された2次電子23は2次電子検出器24によって検知されたあと、増幅器25により増幅され、その出力を処理することでディスプレイ26の画面上に画像が表示される。一方、X線28はX線検出器27によって検出され、この検出結果に基づいて組成分析が行われる。
【0018】図11は質量分析装置8の一例を示す原理的構成図である。ここでは、質量分析装置8としてレーザ質量分析装置を例示している。
【0019】処理ステージ29上にはウェハ10が載置され、このウェハ10に対してレーザ光30が照射される。レーザ光30が異物11に照射されると、異物11が蒸散し、そのときに異物11の原子、分子あるいはイオン(以下、蒸散原子という)が発生し、蒸散原子31は質量分析計としてのマススペクトロメータ32で検出され、質量分析が行われる。
【0020】以上の如き装置を用いて図8に示した解析作業を行う場合、各装置ごとに異物やパターン欠陥の位置出しが行えなければならない。このため、各装置間で異物位置やパターン欠陥位置の座標データが授受される。しかし、各装置の座標系や座標原点の採り方は多様である。例えば、オリエンテーション・フラット(OF)付きのウェハを対象にした場合について、以下に説明する。
【0021】図12に示すように、ウェハ10はOF33を備えている。このウェハ10の中心を原点として、OF33と平行及び垂直な方向に座標軸X,Yをとる。中心及びOF33の方向を決めるためには、図13に示すように、ウェハ10を保持するウェハチャック34を回転させながら、半導体レーザ35及び検出器36を用いてウェハ10の端部を検知する。
【0022】図14及び図15は他の座標原点の採り方を示す説明図である。
【0023】図14に示すように、OF33の延長線とウェハ10の接線を座標軸X,Yとし、それらの交点を原点にする。この場合、図15に示すように、座標軸X,Y及び原点はウェハ10を保持するカセット37の構造によって決まる。カセット37の上部に形成された“L”字形のウェハ当て38の方向が座標軸となり、交点が原点39になる。ウェハ10は、ウェハ押さえばね40により原点39に向けて押圧され、OF33がウェハ当て38の一方の内側の辺に接触している。
【0024】
【発明が解決しようとする課題】本発明者の検討によれば、異物やパターン欠陥の位置を表すための座標系や座標軸の規定の仕方が装置ごとに異なる従来技術は、装置が変わったときの位置出し精度が悪くなるという問題がある。
【0025】例えば、図12の座標系で求めた座標データを図14の座標系の座標データに変換して使用する場合、座標変換に伴う数値の丸め誤差やウェハ10の外径寸法のばらつきなどが位置出し精度を劣化させる。このような位置出し精度の劣化は、処理を困難にするだけでなく、ときには処理そのものを駄目にする。
【0026】ここで、具体的な例をあげて説明する。異物検査装置1で検出した0.5μmφの異物を走査形電子顕微鏡で観察する場合、この異物を走査形電子顕微鏡のディスプレイ上で見つけ出すためには、1万倍程度(この倍率では、異物の像の大きさが5mm程度になる)の観察倍率が必要になる。このときの視野の大きさは、ディスプレイの大きさを100mmとすると10μmにすぎない。
【0027】したがって、位置出し精度が±5μmよりも悪いときには、異物は観察対象外になる。視野外にある異物を見つけることは大変な労力と時間を費やすこととなる。もし位置出し精度が悪く、100μmもずれたとすれば(ウェハの外径寸法のばらつきが100μm以上あるので、この程度のずれは生じ得る)、異物や欠陥パターンを見つけ出すことは事実上不可能である。
【0028】そこで、本発明の目的は、異種装置間での座標変換操作を行うことなく、かつ試料のばらつきにかかわらず各装置間での試料の特定部分の位置出しを高精度に行えるようにする技術を提供することにある。
【0029】本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。
【0030】
【課題を解決するための手段】本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下の通りである。
【0031】すなわち、処理ステージ上に搭載された試料を粒子線を用いて観察、分析または加工を行う試料処理装置であって、前記粒子線を用いて前記試料の周辺の少なくとも数カ所を走査して前記試料の形状を求める形状算出手段と、該手段による形状値に基づいて前記試料内の任意の位置に対する処理ステージ移動位置データを算出する演算手段とを設けるようにしている。
【0032】
【作用】上記した手段によれば、粒子線の照射により試料の形状が輪郭などの形で求められ、これを基に入力座標系または出力座標系に合わせて、処理あるいは他の装置へ出力するための特定部分(異物、パターン欠陥など)の座標データを算出する。したがって、特定部分(処理対象部分)の位置出しの精度を向上させることができる。
【0033】
【実施例】図1は本発明による試料処理装置における処理例を示すフローチャートである。また、図2は本発明の原理を示す説明図である。なお、以下においては試料としてウェハを例に説明する。
【0034】ここで、図2を参照して本発明の原理について説明する。以下においては、A装置で検出した付着異物P1 ,P2 ,・・・,Pn を処理するとともに、A装置で処理した位置の座標データをB装置、C装置などの座標系に合わせて出力する場合を例にとる。
【0035】まず、ウェハの形状を求める。これは、使用しようとする装置(以下、当該装置という)の座標系(X,Y)の上でウェハを処理するための粒子線を用い、次の式から求めることができる。
【0036】
Y=F(X) ・・・(1)
このY=F(X)を基に当該装置に入力されたA装置の座標系(x,y)と異物P1 ,P2 ,・・・,Pn の座標データ(x1 ,y1 ),(x2 ,y2 ),・・・,(xn ,yn )から当該装置で異物P1 ,P2 ,・・・,Pn を処理する際に用いる位置データ(X1 ,Y1 ),(X2 ,Y2 ),・・・,(Xn ,Yn)が求められる。
【0037】A装置の座標系がOF方向にx軸をとり、直交する接線方向にy軸をとると、異物PK (K=1,2,・・・,n)の処理位置座標(XK ,YK )は次のように表される。
【0038】
K =X0 − yK sinθ+xK cosθ ・・・(2)
K =Y0 + xK sinθ+yK cosθ ・・・(3)
(ここで、X0 、Y0 は(X,Y)座標系上での(x,y)座標系の原点位置、θは回転量を表している。)
なお、図15のウェハ当て38の直交度からのずれなど、A装置固有のオフセットがあれば、上記計算処理の段階で補正される。また、(XK ,YK )は処理ステージや粒子線を移動することにより処理位置を出す場合のステージや粒子線移動位置を意味している。
【0039】一方、異物P1 ,P2 ,・・・,Pn の処理位置の座標データ(X1 ,Y1 ),(X2 ,Y2 ),・・・,(Xn ,Yn )をB装置、C装置など、別の装置に出力する場合、その出力座標データ(x1 ′,y1 ′),(x2 ′,y2 ′),・・・,(xn ′,yn ′)も同様に求められる。
【0040】B装置の座標系がウェハ中心を原点とする直交座標系(x′,y′)の場合には、出力座標データ(xK ′,yK ′)〔k=1,2,3,・・・,n〕は次のように表される。
【0041】
K ′=(XK −X0 ′)cos θ+(YK −Y0 ′)sin θ ・・・(4)
K ′=(YK −Y0 ′)cos θ−(XK −X0 ′)sin θ ・・・(5)
(ここで、(X0 ′,Y0 ′)は(X,Y)座標系での(x′,y′)座標系の原点位置、θは回転量を表している。)
なお、上記により求めたウェハ形状Y=F(X)からウェハ中心を決定する場合、B装置において中心位置を決定するときに用いられるアルゴリズムをそのまま利用して算出した方が計算誤差などがなく、装置間の位置出し精度を良くすることができる。同様に、C装置の座標系がウェハ中心を原点とする極座標系の場合には、出力座標データ(rk ′,θk ′)〔k=1,2,3・・・n〕は次のように表される。
【0042】
(rk ′)2 =(XK −X0 ′)2 +(YK −Y0 ′)2 ・・・(6)
θk ′=tan-1(YK −Y0 ′)/(XK −X0 ′)−θ ・・・(7)
以上のようにして、処理粒子線そのものを用いてウェハ形状を検出する機能と、それを基にして任意の座標系に対して座標データを算出する機能とを有することにより、ウェハの形状ばらつきや座標変換誤差などを除外でき、どのような種類の装置に対しても高精度の位置出しが可能になる。
【0043】次に、図1の処理について説明する。以下においては、外観観察装置4として、高い解像度が得られる走査形電子顕微鏡を用い、その観察対象としてウェハを扱っている。そして、図1の処理のプログラムは不図示の記憶媒体(半導体メモリなど)に格納されており、その実行は走査形電子顕微鏡において各種の処理を実行するCPUによって行われる。
【0044】まず、ローダ上からウェハ10を1枚づつ処理ステージ上に移載し(ステップ101)、ウェハの形状(輪郭)を検出する(ステップ103)。この処理に際しては、他の装置(以下、A装置という)から情報(ウェハ形状情報、A装置座標系情報、A装置座標データ、A装置処理データ)がパラメータとして与えられる。
【0045】ここで、座標系情報としては、直交座標や極座標・原点位置など座標系とそれを求めるために用いられたアルゴリズムなどである。また、座標データは、座標系上での処理位置に関するデータである。さらに、処理データはA装置で得られた像や分析・加工に関するデータである。
【0046】走査形電子顕微鏡を用いてウェハ形状を求める手段として、本発明では図3に示す如き構成のカセットを用いている。図3の(a)に示すように、導電材を用いて作られた皿状の外枠電極部41、この外枠電極部41の中央部に配設される絶縁材42、外枠電極部41に絶縁させて絶縁材42上に設けられる導電性の電極部43(接地される)を備えてカセットが構成されている。そして、外枠電極部41には、吸収電流増幅系44が接続されている。
【0047】図3に示す構成においては、電子ビーム20がウェハ10の端を横切って走査することにより、吸収電流増幅系44で検出される吸収電流信号は、図3の(b)のように急激な変化を示す。したがって、この変化点からウェハ端を検知することができる。
【0048】なお、外枠電極部41の形状としては、入射した電子ビームが反射し、飛び出してしまうのを防止するため、ファラデーカップの如き形状にするのがよい。さらに、ウェハ端検出に用いる信号としては、吸収電流に限られることはなく、2次電子や反射電子、X線、カソードルミネセンスなどでもよい。この場合、ウェハ端検出信号のS/Nを大きくするために、ウェハ周辺部のカセット上にウェハとの信号差を大きくする材料を塗布、或いは堆積させるなどにしておくことも可能である。
【0049】図4はカセットの他の構成例を示す正面断面図である。
【0050】カセット45の上面には、複数の凹凸が形成されており、この凹凸部の上面にウェハ10が載置される。さらに凹凸部の外周部には、蛍光材46が塗布され、この蛍光材46に対して電子ビーム20が照射される。電子ビーム20の照射によって、蛍光材46からはカソードルミネセンス47が生じ、これが検出器48によって検出される。
【0051】このとき、ウェハ10からもカソードルミネセンスが生じるが、これは検出レベル以下であるため蛍光材46からのカソードルミネセンス47の検知に対して影響を与えることはなく、検出器48はウェハ端を高感度に検出することができる。
【0052】なお、図4のカセット45においては、多重散乱電子が蛍光材46に再入射してノイズとなるのを防止するため、蛍光材46の塗布領域を必要最小限に抑え、或いは、多重散乱電子の再入射がし難い構造にするなどの配慮をするのが望ましい。また、蛍光粒子層の位置へ直に半導体検出器などのセンサを設置することも可能である。
【0053】図5及び図6はウェハ形状検出手段の他の例を示す説明図である。
【0054】図5に示すようにウェハ10の全周を電子ビーム20(図4)でサーチ(実線矢印が走査電子線である)することで、ウェハ端を検出することができる。また、図6に示すようにウェハ10の外周部の複数箇所を部分的に走査ならびに検出し、それ以外の領域は外挿することで形状を求めることができる。
【0055】なお、この場合、電子ビームが走査する方向はウェハ端に直交し、かつ電子ビーム直下にウェハ端が位置するようにすると、形状の検出位置精度が高くなる。さらに、同じ位置を複数回走査し、信号の平滑化を図るようにすれば、S/Nを改善することができる。
【0056】以上のようにしてウェハ形状を検出した後、走査形電子顕微鏡の座標系上でのウェハの処理位置データが算出される(ステップ104)。走査形電子顕微鏡の場合、処理位置は処理ステージの移動位置に相当する。ここで、ステージ移動位置データの算出には、入力されたA装置の座標系に関わる情報や座標データが用いられる。
【0057】ついで、処理ステージが処理位置に移動し、正確な位置合わせ(ステップ105)をした後、観察、分析あるいは加工などの処理が行われる(ステップ106)。このとき、ステップ102からA装置処理データ(異物サイズなど)が与えられる。また、得られたステージ移動位置データはステップ104へフィードバックされ、実際の処理位置との比較が行われ、その偏差に応じた補正を行う一種の学習機能を持たせ、以降に処理される処理位置座標データの書換えを行う。
【0058】なお、正確な位置合わせは、ステージ移動後、異物などの処理対象を更に微小移動させ、視野の中心にくるようにする。位置合わせ後の位置座標(すなわち視野中心における処理対象の位置座標)データは、メモリに読み込まれる。この値が次の処理対象を位置出しする際、ステージ移動位置の補正のために使われ、或いは他の装置への出力データとして用いられる。
【0059】なお、処理対象がステップ105のステージ移動直後の視野内に見出せない場合、周辺領域の自動サーチを行う。自動サーチは、例えば図7に示すように、ステージ移動位置での視野をNo. 1、No. 2、・・・の順に自動送りし、処理対象の異物11が存在する視野(図7では斜線で示したNo. 11)まで繰り返す。なお、視野送りは、視野No. 1、No. 2、・・・が互いに若干重なり合う程度のピッチに設定するのがよい。
【0060】ここで用いられる視野の大きさは、処理対象の大きさとディスプレイの大きさ(すなわち視野倍率)に依存する。例えば、大きさ0.5μm程度の異物を対象とする場合、10μm×10μm程度の大きさの視野が妥当である。
【0061】また、自動サーチを行う領域の広さは、A装置と走査形電子顕微鏡の位置座標精度や視野の大きさなどを考慮して決定する。自動サーチ領域を予め設定し、装置の座標精度に合わせてウェハ内の場所ごとに領域の広さを変えたり、処理順に従って処理対象ごとの領域を小さくしていくようなことも可能である。さらに、処理に際しては、A装置から入力された処理対象に関わる像や分析・加工などのデータをディスプレイ上に同時に表示し、処理時の参考として利用することもできる。
【0062】以上のようにして、1枚のウェハの処理が終了(ステップ107)すると、このウェハはアンロードされる。引き続き別のウェハが処理ステージに搭載され、同様の手順で処理対象の位置出しののち、全数が終了するまで同様の処理が繰り返される(ステップ108)。そして、処理対象ごとに処理結果がメモリに転送ならびに蓄積される。
【0063】このようにして得られたデータは、試料形状データ(ステップ103から与えられる)、処理位置座標データ及び処理データ(ステップ106から与えられる)と共にプリンタやフロッピーディスクなどに出力したり、別の装置(B装置)へオンライン出力することもできる(ステップ109)。なお、位置座標データの出力については、出力すべき相手装置の座標系やデータフォーマットなどに合わせ、指定された形式に従ったデータ変換後の値が出力される(ステップ110)。
【0064】以上、本発明者によってなされた発明を実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
【0065】例えば、上記実施例においては、粒子線として電子ビームを取り上げたが、これに代えてイオンビーム、レーザビームなどを用いることができる。
【0066】また、以上の説明では、主として本発明者によってなされた発明をその利用分野である半導体製造分野(半導体ウェハ)に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、マスク基板、表示デバイス、撮像デバイス、記憶デバイス(ディスクなど)、プリント基板などを試料とする場合にも本発明を適用可能である。
【0067】
【発明の効果】本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
【0068】すなわち、処理ステージ上に搭載された試料を粒子線を用いて観察、分析または加工を行う試料処理装置であって、前記粒子線を用いて前記試料の周辺の少なくとも数カ所を走査して前記試料の形状を求める形状算出手段と、該手段による形状値に基づいて前記試料内の任意の位置に対する処理ステージ移動位置データを算出する演算手段とを設けるようにしたので、特定部分の位置出しの精度を向上させることができる。
【0069】特に、半導体装置に適用した場合、その検査、不良解析、これに対する対策などの一連の作業を迅速かつ容易に行うことが可能になり、歩留り向上、原価低減、開発期間の短縮などが可能になる。




 

 


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