JP4681153B2 - レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるｃｃｄカメラ自動切替方法およびシステム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程の歩留り管理に用いられる走査型電子顕微鏡に備えられた光学顕微鏡の、標準ＣＣＤカメラと高感度ＣＣＤカメラとの切替え方式に関する。
【０００２】
【従来の技術】
最近の超高集積化されたＬＳＩの製造において不良品をもたらす主たる要因は、ウエハに付着した微小異物によるものといわれている。すなわち、その微小異物が汚染物質となって回路パターンの断線やショートを引き起こし、半導体チップの不良の発生や品質、信頼性の低下に大きくつながっている。回路パターンの微小化に伴い直径O.1μmレベルの微小異物までが対象となっている。そのため微小異物の付着状態などの実態を定量的に精度よく計測および分析して把握し、管理することが、超高集積ＬＳＩの製造における歩留り向上の最重要課題となっている。
【０００３】
現在この微小異物の付着状態などの実態を定量的に精度よく計測および分析する手法としては図１に示すようなパーティクル検査装置が用いられている。この装置は▲１▼走査型電子顕微鏡像と▲２▼高感度ＣＣＤカメラ４を介して得る高感度暗視野像と▲３▼ＣＣＤカメラ５による暗視野像若しくは明視野像の三種類の画像がＣＲＴ９上に表示できる装置である。走査型電子顕微鏡１は鏡筒部11と二次電子検出器（ＳＥＤ）12とを備えており、鏡筒部11の偏向手段によって偏向走査されて試料６に照射された電子ビームによって弾き出された二次電子をＳＥＤ12によって検出し、該検出情報をビーム照射位置との対応をとって画像化し、走査型電子顕微鏡像▲１▼とする。▲３▼の明視野像はライト８からの光を光学路を介して上方より試料表面に光スポットを照射し、該試料表面が鏡面であるときは一様に反射され、異物があるときはそこで光が散乱されることに基きその試料表面を上方よりＣＣＤカメラ５で撮影して得る画像である。▲３▼の暗視野像はレーザ光源７からのビームを斜め上方から試料面に照射し、該試料表面が鏡面であるときは全反射され、異物があるときはそこで光が散乱されることに基きその試料表面を上方よりＣＣＤカメラ５で撮影して得る画像である。▲２▼の高感度案視野像は基本的に▲２▼の暗視野像と同様であるが、より小さな微粒子を観察するために高感度ＣＣＤカメラ４を介して得る画像である。対象が超微粒子であるため散乱光は微弱となるため高感度のＣＣＤ（ＩＣＣＤ）カメラが用いられる。
【０００４】
この装置を用いた従来の欠陥検出は、まず、低倍率の明視野像や暗視野像によって異物の位置存在を検知しその数や分布状況を把握する。明視野像を得るときにはコンピュータ10を介してコントロールボックス11を操作しライト８を点灯して上方より試料面にスポットを照射し、ＣＣＤカメラ５で顕微鏡像を撮像する。暗視野像を撮像するときはコンピュータ10を介してコントロールボックス11を操作しレーザ光源を発光させて斜め上方から試料面にレーザビームを照射し、ＣＣＤカメラ５で顕微鏡像を撮像する。この当初の検査により存在を確認した異物について、更に高感度ＣＣＤカメラ４で高倍率の暗視野像や走査型電子顕微鏡像によって、最初の検査では観察できなかった微細な異物粒子を含め、異物の形状大きさを観察し評価をおこなう。微小異物粒子は低倍率の観察で位置特定がなされた上で高倍率の観測を行うことが出来る。試料ステージの位置情報として扱えない微細な位置情報も画面座標上の情報として扱うことができる。また、着目する異物粒子の組成については高倍率光学画像や二次電子検出の走査顕微鏡像からでは分析できないが、これについては二次Ｘ線検出（ＥＤＳ）機能を有した電子顕微鏡を用いることで分析することができる。
ところで、レーザ散乱光を光学顕微鏡で観察する場合、そのレーザ散乱光量は欠陥の大きさにより大きく異なる。この散乱光をＣＣＤカメラで撮像するのであるが、微小な粒子等による微弱な散乱光を観察するために検出感度を高く設定している高感度ＣＣＤ（Image intensifier CCD：ＩＣＣＤ）は、比較的大きな異物等からの強い散乱光を受光したときやステージ移動のときには高圧保護のため安全装置が作動し稼動を停止させるようにしている。そのため、その都度作業が中断され、作業効率を悪くしているという問題がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の課題は、上記の問題すなわち、レーザ欠陥検出を行う高感度ＣＣＤカメラを備えた走査型電子顕微鏡において、高感度ＣＣＤカメラを稼動させる際に、比較的大きな異物等からの強い散乱光を受光することにより安全装置が作動して頻繁にその稼動を停止させてしまうことがないシステムを構築して作業効率を向上させることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替方式は、欠陥位置にレーザを斜め上方から照射するレーザ光学系と欠陥からの散乱光を観察する光学顕微鏡を備えたウエハ表面観察用走査型電子顕微鏡において、光学顕微鏡に高感度用と標準タイプのＣＣＤカメラを取付け、予め測定された欠陥位置情報に基いて光学軸を位置決めして光学顕微鏡の標準ＣＣＤカメラで欠陥観察を行うステップと、該標準ＣＣＤカメラで欠陥観察を観察出来なかった際には高感度ＣＣＤカメラに切替えて欠陥観察を行うステップを踏む手法を採用した。
【０００７】
【発明の実施の形態】
レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡を用いてシリコンウエハ等平面状の試料表面に存在する微小異物を検出し、検査評価しようとする際、走査型電子顕微鏡での観察に先立ち、微小異物をレーザ照射による暗視野像を高感度ＣＣＤカメラで観察しその位置特定しようとするとき、安全装置が作動してすぐに稼動が停止して作業が中断されてしまう。その理由は前述したように高感度ＣＣＤカメラの場合、検出感度を高く設定しているため比較的大きな異物等による強い光を受光した場合、出力信号が高圧となることから回路の高圧保護の安全装置が作動することに起因する。そこで、本発明は、予め標準のＣＣＤカメラによる観察で乱反射光が受光されなかった場合のみ、この高感度ＣＣＤカメラの稼動をさせるようにしようというものである。すなわち大きな欠陥サイズであっても出力信号が高圧になることが無い標準のＣＣＤカメラによる観察で比較的大きな異物が無いことを確認してから高感度ＣＣＤカメラの稼動をさせることになるので、該高感度ＣＣＤカメラの出力が高圧に成ることは無いのである。したがって、高感度ＣＣＤカメラの使用によっても作業が中断されるようなことがなく作業効率を上げることが出来る。
【０００８】
本発明のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ切替え方式のフローチャートを図２に示しその動作を説明する。まず、（ＳＴ１）使用する走査型電子顕微鏡における光学顕微鏡の光学軸と走査型電子顕微鏡の電子光学軸との相対位置関係を記憶する。（ＳＴ２）続いて他の検査装置によって測定された欠陥位置情報を記憶する。以上が事前の準備作業である。（ＳＴ３）ウエハ等の被検査試料を試料ステージに載置し、チャンバー内の環境を整える。なお、以上のステップは順序が入れ替わってもよい。（ＳＴ４）先に記憶してある欠陥位置情報に基き試料ステージの駆動機構（一般にはｘ，ｙ軸駆動機構）を駆動制御して着目欠陥を光学顕微鏡の光学軸位置に位置決めする。（ＳＴ５）まず、標準ＣＣＤカメラで欠陥画像を観察する。（ＳＴ６）標準ＣＣＤカメラの観察像で欠陥画像が見えるか否かを判定する。（ＳＴ７）欠陥画像が観察できた場合はその画像上で装置の基準位置に対する欠陥位置情報を測定して記憶する。（ＳＴ８）欠陥画像が観察できなかった場合は高感度ＣＣＤカメラで欠陥を観察する。（ＳＴ９）続いてその観察画像上で装置の基準位置に対する欠陥位置情報を測定して記憶する。（ＳＴ10）ステップ７若しくは９で測定した位置情報に基き試料ステージの駆動機構（一般にはｘ，ｙ軸駆動機構）を駆動制御して着目欠陥を走査型電子顕微鏡の光学軸位置に位置決めする。（ＳＴ11）走査型電子顕微鏡による観察・分析を実行する。（ＳＴ12）全ての欠陥に対して観察・分析が終了していないときはステップ４に戻り作業を繰返し、全ての欠陥に対して観察・分析が終ったならば一連の作業を終了する。
【０００９】
【実施例】
更に本発明は、レーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡を用いて行う微小欠陥検査における上記のＣＣＤカメラ自動切替え手法を自動的に実行するシステムの実現と、欠陥の認識も自動的に行うシステムを提供する。
本発明のシステムは、図１に示すようにレーザ光源７からのレーザビームを斜め上方から欠陥位置に照射するレーザ光学系と欠陥からの散乱光を観察する光学顕微鏡３を備えたウエハ表面観察用走査型電子顕微鏡において、前記光学顕微鏡３には高感度用ＣＣＤカメラ４と標準タイプのＣＣＤカメラ５を備え、予め他の検査装置によって測定された欠陥位置情報に基いて光学顕微鏡の光学軸を位置決めする手段を備えるようにした。この手段はコンピュータ10内の機能として記憶装置に記憶された欠陥位置情報に基き、試料ステージのｘ，ｙ駆動機構に制御信号を出力して該試料ステージのｘ，ｙ駆動機構を稼動させて光学顕微鏡３の光学軸位置に着目欠陥がくるように位置決めさせるものである。この状態となったところでコンピュータ10は光学顕微鏡の標準ＣＣＤカメラを稼動させて欠陥観察を実行させる。これを受けた該標準ＣＣＤカメラは稼動を開始し試料面を撮像するが、この画像信号はコンピュータ10に送信され、更にＣＲＴの如きディスプレイ９に送信されて画像表示される。表示画面上で欠陥部からのレーザ散乱光の有無をマニュアルで検知することができるが、本発明において好ましくはコンピュータ10に標準ＣＣＤカメラからの画像情報中に閾値以上の輝度信号が有るか無いかを検知する機能を備えるようにする。システムとしてこの機能を備えることにより、画像中に欠陥情報があるか無いかを自動判別することができる。
【００１０】
上記の段階で、欠陥信号が認識されたなら、その欠陥位置をこのシステムの基準点に対する位置情報として測定し、該位置情報をコンピュータ10の記憶装置に記憶させる。引き続きその欠陥の走査型電子顕微鏡１による観察に移行するが、光学顕微鏡３の光学軸と該電子顕微鏡１の光学軸とは位置的に数十ｍｍ離れているので、認識された着目欠陥を電子顕微鏡１で観察するためにはその距離分試料ステージを移動させなくてはならない。両光学系の相対位置関係は装置が組まれた時点で一義的に決まる固定値であるが、この情報は予めコンピュータ10の記憶装置に記憶させておく。先の光学顕微鏡の観察によりこのシステムの基準点に対する位置情報が測定され、記憶されているのでこれらの記憶情報から試料ステージのｘ，ｙ駆動機構に移動すべき制御信号を出力して該試料ステージのｘ，ｙ駆動機構を稼動させて走査型電子顕微鏡１の電子光学軸位置に着目欠陥がくるように位置決めさせる。
【００１１】
先の標準ＣＣＤカメラ５からの画像情報中に欠陥情報がなかったときには、コンピュータ10からの指令により標準ＣＣＤカメラ５の稼動を停止させ、代わりに高感度ＣＣＤカメラ４を稼動させる。そしてこの高感度ＣＣＤカメラ４によって欠陥観察を行うのであるが、この領域のレーザ散乱光は光量レベルが低いこと、すなわち大きな欠陥はないことが確認されているので、検出感度が高く設定されている高感度ＣＣＤカメラ４からの暗視野像出力信号が高圧となることはない。この画像情報はコンピュータ10に送信され、更にディスプレイ９に送信されて画像表示される。この観察画像から、上記の場合と同様にこのシステムの基準点に対する位置情報が測定され、記憶される。また、光学顕微鏡３の光学軸と該電子顕微鏡１の光学軸との相対位置情報は記憶装置に記憶されているのでいるのでこれらの記憶情報から試料ステージのｘ，ｙ駆動機構に移動すべき制御信号を出力して該試料ステージのｘ，ｙ駆動機構を稼動させて走査型電子顕微鏡１の電子光学軸位置に着目欠陥がくるように位置決めさせる作動も先の場合と同様である。
【００１２】
【発明の効果】
本発明のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替方法は、欠陥位置にレーザを斜め上方から照射するレーザ光学系と欠陥からの散乱光を観察する光学顕微鏡を備えたウエハ表面観察用走査型電子顕微鏡において、光学顕微鏡に高感度用と標準タイプのＣＣＤカメラを取付け、予め測定された欠陥位置情報に基いて光学軸を位置決めして光学顕微鏡の標準ＣＣＤカメラで欠陥観察を行うステップと、該標準ＣＣＤカメラで欠陥観察を観察出来なかった際には高感度ＣＣＤカメラに切替えて欠陥観察を行うステップを踏むようにしたので、高感度ＣＣＤカメラに切替えた際にその出力信号が高電圧となって回路保護層装置を作動させて作業を中断してしまうことがなくなり、この種の検査分析作業の効率化を実現できる。
【００１３】
また、本発明のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替システムは、欠陥位置にレーザを斜め上方から照射するレーザ光学系と欠陥からの散乱光を観察する光学顕微鏡を備えたウエハ表面観察用走査型電子顕微鏡であって、前記光学顕微鏡には高感度用と標準タイプのＣＣＤカメラを備え、予め測定された欠陥位置情報に基いて光学顕微鏡の光学軸を位置決めする手段と、光学顕微鏡の標準ＣＣＤカメラを稼動させて欠陥観察を行う手段と、該標準ＣＣＤカメラの画像情報中に欠陥情報の有無を検知する手段と、該検知手段により欠陥情報が検出出来なかったときに高感度ＣＣＤカメラを稼動させて欠陥観察を行う手段とからなるものであるから、ＣＣＤカメラ自動切替を自動的に行うことができ、また、標準ＣＣＤカメラの画像情報中に欠陥情報が有るか無いかを、該画像情報中に閾値以上の輝度信号の有無を検知するような手段を備えることで作業の容易性と時間短縮を促進でき更に効率を高めることができるものである。しかも、システムとしての構成は従来装置に特別なハードを付け加える必要はなく、単に、ソフトだけを備えることで実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のオートフォーカス方式を実現するレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡システムの基本構成を示す図である。
【図２】本発明の作動をフローチャートで示したものである。
【符号の説明】
１ 走査型電子顕微鏡 ７ レーザ光源
１１ 鏡筒部 ８ ライト
１２ 二次電子検出器 ９ ＣＲＴ
３ 光学顕微鏡 １０ コンピュータ
４ 高感度ＣＣＤカメラ １５ コントロールボックス
５ ＣＣＤカメラ
６ 試料

Claims (3)

1. 欠陥位置にレーザを斜め上方から照射するレーザ光学系と欠陥からの散乱光を観察する光学顕微鏡からなるレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替方法において、
   記憶装置から前記欠陥の欠陥位置情報を読み出すステップと、
   試料ステージを移動し、前記欠陥位置を前記光学顕微鏡の光学軸上に配置するステップと、
   前記光学顕微鏡の第一のＣＣＤカメラで前記欠陥位置にある前記欠陥を撮像するステップと、
   前記第一のＣＣＤカメラで撮像した画像情報中に欠陥情報が無い場合、前記第一のＣＣＤカメラよりも感度の高い第二のＣＣＤカメラに切替え、前記欠陥を撮像するステップと、を有するレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替方法。
2. 欠陥位置にレーザを斜め上方から照射するレーザ光学系と欠陥からの散乱光を観察する光学顕微鏡からなるレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替システムにおいて、
   前記欠陥の欠陥位置情報を記憶する記憶装置と、
   前記光学顕微鏡の第一のＣＣＤカメラと、
   前記第一のＣＣＤカメラよりも感度の高い第二のＣＣＤカメラと、
   前記欠陥位置情報に基き前記欠陥位置を前記光学顕微鏡の光学軸上に配置させるための試料ステージの移動手段と、
   前記欠陥位置において前記第一のＣＣＤカメラで撮像した画像情報中の欠陥情報の有無を検知する検知機能と、
   前記検知機能において前記欠陥情報が無の場合、前記第二のＣＣＤカメラにより前記欠陥を撮像するために前記第一のＣＣＤカメラから前記第二のＣＣＤカメラに切替えるための信号を出力する機能とを備えたコンピュータと、を有するレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替システム。
3. 前記検知機能は、前記第一のＣＣＤカメラで撮像した画像情報中における閾値以上の輝度信号の有無を検知する請求項２に記載のレーザ欠陥検出機能を備えた走査型電子顕微鏡におけるＣＣＤカメラ自動切替システム。

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