JPH11330186A

JPH11330186A - ウエハ検査装置

Info

Publication number: JPH11330186A
Application number: JP10127467A
Authority: JP
Inventors: Yusuke Yajima; 裕介矢島; Kaoru Umemura; 馨梅村; Shinichi Taji; 新一田地; Hisaya Murakoshi; 久弥村越; Hiroyuki Shinada; 博之品田; Mari Nozoe; 真理野副; 敦子 ▲高▼藤; Atsuko Takato; Masaki Hasegawa; 正樹長谷川; Hiroshi Makino; 浩士牧野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-05-11
Filing date: 1998-05-11
Publication date: 1999-11-30
Anticipated expiration: 2018-05-11
Also published as: JP4090567B2

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体ウエハの高速で高分解能な外観検査と、
異物や欠陥の存在部位からＴＥＭ観察や各種分析のため
の試料を高い位置精度で一貫して作製することのできる
検査装置を提供すること。【解決手段】同一検査装置内に、ウエハ検査用の走査型
電子顕微鏡部（ＳＥＭ部）１と試料作製加工用のイオン
ビーム部１０１とを併設し、ＳＥＭ部１によるウエハ７
の外観検査と、この検査結果に基づいての、ウエハ７上
の欠陥（異物やパターン欠陥）の存在部位からのＴＥＭ
観察や各種分析のための試料の摘出加工作業とを、同一
ステージ８上で一貫して行なえるようにした。【効果】ウエハの外観検査と試料作製加工とを同一ステ
ージ上で一貫して行なうため、従来のようなウエハ搬送
による位置精度低下が無くなり、高い位置精度で試料作
製，欠陥修正等の加工ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの検
査技術に関し、特にウエハ上の欠陥（微小異物やパター
ン不良等）が存在する箇所を高い位置精度で検出し、該
欠陥存在箇所を含む領域を観察や分析、あるいは欠陥修
正等の目的で高い位置精度で加工するのに好適なウエハ
検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置製造では、生産個数が多量で
あり、かつ、高度な制御を要求される工程が多数あるた
め、ある工程での不良発生が、製造歩留りの大幅な低下
や生産ライン全体の稼働停止につながり、採算性に大き
く影響する。このため、半導体装置の製造現場では、特
定のプロセスの後やデバイス完成後に入念な検査が行な
われ、不良品の撲滅と不良原因の追及に注力されてい
る。実際には、製造工程で定期的または一定数量毎にウ
エハやデバイスを抜き取り、不良箇所の有無を検査して
いる。ウエハの場合、検査箇所と検査項目を予め決めて
おき、各ウエハに対して常にその検査箇所をモニタして
製造プロセスの異常を検出する方法や、パターン完成後
のウエハ全面を隈無く検査し、パターン不良や異物等が
存在する欠陥箇所があれば、そのデバイスを廃棄した
り、欠陥発生の原因を追及して対策する方法が採られ
る。

【０００３】検査装置の一例として、ウエハの全面もし
くは一部の領域の外観について、光や電子線を用いて欠
陥（異物付着やパターン不良等）を検出する外観検査装
置がある。この外観検査装置によれば、検出欠陥をウエ
ハ上でマッピングすることが可能である。特に、近年で
は半導体デバイスのパターン寸法が急速に微小化した結
果、上記した外観検査装置の中でも、より微細な欠陥の
検出が可能な電子線を用いた外観検査装置が注目されて
いる。

【０００４】電子線を用いた外観検査装置に関しては、
例えば、特開平５−２５８７０３号公報に、Ｘ線マスク
やそれと同等の導電性基板上に形成されたパターンを電
子線を使用して検査する方法およびそのシステム構成に
ついて開示されている。

【０００５】また、特開昭５９−１６０９４８号公報に
は、半導体ウエハ表面上を電子線で一方向に走査し、該
ウエハを載せたステージを上記電子線走査方向と垂直な
方向に連続的に移動させて、上記ウエハ表面の電子線走
査像を生成させ、該走査像を用いて高速に回路パターン
の検査を行なう技術について開示されている。

【０００６】さらに、特開昭６３−２１８８０３号公報
には、電子線走査像取得時の半導体ウエハ表面への電子
線照射時間を精密に制御して、半導体表面のチャージア
ップや階調ドリフトが取得像質に与える影響を低減し、
検査に用いる電子線走査像の信頼性および感度を向上さ
せる技術について開示されている。

【０００７】上記のような外観検査装置によってその存
在位置が同定された欠陥について、更にそれらの形状観
察や分類等の詳細な検討を行なうには、従来走査型電子
顕微鏡（以下ＳＥＭと略記する）が用いられることが多
かった。しかし、半導体デバイスの急速な高集積化に伴
い、最早ＳＥＭの分解能では観察できない程の極微細形
状の観察や、ＳＥＭでは原理的に観察不可能な内部構造
の観察や、更には欠陥の形状や構造の観察のみではな
く、それらの組成分析等も合わせて行なうことが必要に
なってきた。このため、これら欠陥の存在箇所につき、
ＳＥＭよりも高分解能な透過型電子顕微鏡（以下ＴＥＭ
と略記する）による形状・構造観察や二次イオン質量分
析法による組成評価等を行なうことが次第に活発化して
きている。また、ウエハの大型化とデバイスの微細化と
による付加価値の上昇に伴い、付着異物の除去やパター
ン欠陥の修正をそれらの位置確定と並行して実施するこ
とも必要になってきた。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、今日
の半導体集積回路装置の製造技術分野においては、回路
パターンの高集積化と歩調を合わせてウエハの大型化が
進展している。従って、ウエハ上の欠陥（異物やパター
ン不良等）の検査には、より高分解能でより広い領域に
わたっての検査が要求されている。前述したように、外
観検査の高分解能化のためには、必然的に、光を用いた
検査方式から電子線を用いた検査方式へと向かわざるを
得ない。この電子線による外観検査では、二次電子の走
査像（以下ＳＥＭ像と称する）を従来のＳＥＭにおける
よりも数千倍から一万倍程度の高速で取得し、このＳＥ
Ｍ像を利用して異物やパターン不良等の欠陥検出を行な
う。上述したように、特開昭５９−１６０９４８号公報
には、電子線走査とステージの連続移動とを併用するこ
とによって、ＳＥＭ像を用いた回路パターン検査を高速
化する方式が開示されている。このような方式に、大電
流の電子光学系や高速偏向・画像取得機構等を併用する
ことで、上記したようなＳＥＭ画像の高速取得が実現で
きる。

【０００９】また、外観検査装置で抽出した欠陥部につ
いて前述したような観察や分析評価さらには異物の除去
やパターン欠陥の修正を実施するには、さらに大きな技
術的課題がある。それは、外観検査装置特に電子線式の
外観検査装置によれば、ミクロンサイズあるいは更に微
小な欠陥部の位置をその大きさと同程度の精度で検出で
きるにも拘らず、観察や分析のための試料作製、あるい
は異物除去や欠陥修正のための加工を上記と同程度の位
置精度で行なうのが非常に困難なことである。更に、こ
の試料作製や加工には多大の時間と技術的熟練が必要で
あるという実用的な問題もある。

【００１０】以下、上記した欠陥部の観察や分析のため
の試料の作製技術について、ＴＥＭ観察用試料の作製方
法を例にとって説明する。観察すべき試料がウエハの場
合、先ず観察したい領域に目印を付け、この観察領域を
破壊しないようにしてウエハ表面にダイアモンドペン等
で傷を付けて劈開するかダイシングソ−を用いて分断す
る。このようにして２枚の短冊状ペレットを作成し、両
者をその観察領域同士が互いに向かい合うようにして貼
り合わせて貼り合わせ試料を作製する。次に、この貼り
合わせ試料をダイヤモンドカッターでスライスし、スラ
イス試料を切り出す。このスライス試料の大きさは、一
般に３ｍｍ×３ｍｍ×０．５ｍｍ程度である。さらに、
このスライス試料を研磨材を用いて研磨盤上で薄く研磨
して厚さ２０μｍ程度の研磨試料を作成し、この研磨試
料をＴＥＭステージに搭載される単孔型のＴＥＭホルダ
上に固定する。次いで、この研磨試料の片面または両面
にイオンビームを照射してイオンシニングを行ない、試
料の中央部に穴が開いたらイオンビーム照射を止めてＴ
ＥＭ観察用の試料とする。このようにして、試料中央部
の穴の周辺の厚さ１００ｎｍ程度以下の領域についてＴ
ＥＭ観察を行なっていた。以上のような方法では、観察
が必要な箇所がミクロンレベルで特定されている場合、
この観察箇所の位置出しが非常に難しくなる。

【００１１】ＴＥＭ試料作製の別法として、従来より集
束イオンビーム（以下ＦＩＢと略記する）加工が利用さ
れている。この方法では、まず観察すべき領域を含む短
冊状ペレットをダイシングにより切り出す。このペレッ
トの大きさは、一般に３ｍｍ×０．５ｍｍ×０．５ｍｍ
程度である。次に、この短冊状ペレットをやや半円形を
した薄い金属片からなるＴＥＭ試料ホルダ上に固定す
る。この短冊状ペレットの中の観察領域にＦＩＢを照射
し、厚さ１００ｎｍ程度の壁状薄片部（ウォール部）を
形成する（以下これをウォール加工と云う）。そして、
このウォール加工されたペレットを保持したＴＥＭホル
ダをＴＥＭステージ上に搭載し、上記ウォール部を観察
領域としてＴＥＭ観察を行なう。この方法により、観察
箇所をミクロンレベルで位置出しすることが可能になっ
た。しかし、ＦＩＢ加工には非常に時間がかかると云う
問題があり、さらに、原理的にミクロンレベルでの位置
出しが行なえるとは云うものの、実際にこれを確実に行
なうには高度の技術的熟練が必要である。

【００１２】上述したように、従来のウエハ検査技術に
は、以下のような問題点があった。 (１)座標の問題：外観検査装置によりウエハ全面もしく
はその一部の検査を行なって異物やパターン不良の存在
する欠陥箇所の座標がミクロンレベルで明らかになった
としても、この欠陥箇所の観察や分析のための試料作
製、あるいは異物除去や欠陥修正のための加工を行なう
には、検査済ウエハを手動または自動で検査位置から加
工位置へと搬送しなければならない。従って、上記の欠
陥検査により欠陥部の正確な座標データが得られても、
加工時にその位置精度を充分に生かすことができず、本
来加工不要な部分まで含めての余分な加工を行なうこと
が避けられなかった。 (２)ウエハ状態の問題：外観検査装置によりウエハ全面
もしくはその一部を検査した結果ある位置に欠陥を検出
できたとしても、この欠陥箇所の観察や分析あるいは異
物除去や欠陥修正等のためにウエハを別の場所に搬送す
ると、それにより新たな欠陥(異物等)が発生したり、逆
に着目していた欠陥(異物等)が無くなってしまったり、
あるいは新たに別の欠陥(パターン損傷等)を引き起こし
たりして、目的とする欠陥箇所の観察や分析ができなく
なってしまうこともある。 (３)ウエハ破損の問題：最近ではウエハ径が２００ｍｍ
にもなり、今後はさらに３００ｍｍからそれ以上に大口
径化される傾向にあるため、付加価値が高いデバイスが
数多く搭載されたウエハをたった数箇所の検査のために
切断や劈開で分離してしまい、最終的に廃棄処分として
しまうことは生産コストの観点から次第に許容できなく
なりつつある。

【００１３】本発明は、上述したような従来技術におけ
る問題点に鑑みてなされたもので、その目的とするとこ
ろは、ウエハ上に存在する欠陥についての高速かつ高分
解能での外観検査を行なうことと、この外観検査により
得られるウエハ上の欠陥位置情報(座標データ)を基にし
てそれら欠陥の存在する部位をウエハ形状を維持したま
まで正確に加工したり摘出したりすることとを長時間の
煩雑な作業を行なわずして、簡便かつ確実に、一貫して
行なうことの可能なウエハ検査装置を提供することにあ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明によれば、以下のような構成と機能とを備
えたウエハ検査装置が提供される。

【００１５】先ず、ウエハ上に存在する異物や回路パタ
ーンの欠陥等を検出するための外観検査には、電子線照
射により得られるＳＥＭ像を利用する。ＳＥＭ像観察に
より高分解能での外観検査が可能なことは前述したとお
りである。これに、ステージの連続移動機構，大電流の
電子光学系，高速偏向・画像取得機構等を用いることで
ＳＥＭ像の高速取得が実現できるが、さらに、ＳＥＭ像
取得に用いる電子線を複数とすれば更なる検査速度の向
上も可能となる。

【００１６】さらに、本発明では、上記の外観検査によ
り検出された欠陥（異物やパターン不良等）の存在する
位置（欠陥箇所）からＴＥＭ観察や各種分析のための試
料を正確に摘出したり、検出された欠陥の修正(異物の
除去やパターン不良の修正等)を行なうために、上記し
た外観検査のために用いるＳＥＭ像観察装置と同一装置
内で、検査済ウエハを検査時と同一のステージ上に載置
したままの状態で、検出された欠陥箇所の加工や摘出を
行なう。

【００１７】上記構成の本発明ウエハ検査装置によれ
ば、上記したＳＥＭ像観察による外観検査の結果明らか
となった欠陥箇所に関する位置情報(座標データ)を基に
して、これら欠陥箇所の観察や分析のための試料を高い
位置精度で作製したり、これら欠陥箇所の修正処理のた
めの加工を行なったりすることができる。また、上記の
修正処理は、従来のようにウエハ全体を破壊することな
く行なえるため、高価な大口径ウエハを検査のために廃
棄してしまう必要もなくなる。

【００１８】すなわち、本発明のウエハ検査装置は、Ｓ
ＥＭ像観察による高分解能での外観検査を高速に行なえ
ると共に、この外観検査により検出された欠陥箇所の観
察や分析のための試料作製やこれら欠陥箇所の修正処理
のための加工をも、高い位置精度で一貫して行なえるよ
うに構成された複合化された検査装置である。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、実施例を挙げ、図面を参照して詳細に説明する。〈実施例１〉図１に、本発明の一実施例になるウエハ検
査装置の基本的構成を示す。図１において、ＳＥＭ部１
は、電界放出型電子源を含む電子発生装置２，静電偏向
系を含む電子走査装置３，静電レンズ系を含む電子収束
装置４，半導体検出器を含む検出装置５から構成されて
いる。ＳＥＭ部１からは収束された電子線６が一方向に
走査されてウエハ７上に照射される。ウエハ７は、リタ
ーディング電圧を印加可能なステージ８上に固定保持さ
れており、ステージ駆動装置９によりステージ８が面内
方向に移動するのに応じて、ＳＥＭ部１に対して相対的
に二次元方向に移動する。ここで、ステージ８の移動方
向のうち、電子線６の走査方向と垂直な移動方向を連続
移動方向、電子線６の走査方向と平行な移動方向を送り
方向と称することにする。ＳＥＭ部１直下の電子線６照
射部分で発生する二次電子は検出装置５により検出さ
れ、二次電子信号が画像生成装置１１に送られる。画像
生成装置１１は、ステージ８が連続移動方向に移動中の
二次電子信号のうちの所定の検査領域幅分の信号からそ
の領域の二次電子像(ＳＥＭ像)を生成する。そして、画
像解析装置１２により、このＳＥＭ像を利用して欠陥
(異物やパターン不良等)の検出を行ない、さらにウエハ
７上でのこれら欠陥が存在する箇所(欠陥箇所)の位置情
報(座標データ)を含む欠陥マップを生成する。なお、こ
れら装置各部の動作は検査制御装置１３により最適に制
御される。特に、検査制御装置１３においては、ＳＥＭ
部１によりウエハ７上の検査領域全体を隈なく検査する
ことができるようにステージ制御装置１０を制御する。

【００２０】加工制御装置１０５は、上記の欠陥マップ
に含まれる座標データに基づき操作者が決定した加工部
位が、ＳＥＭ部１と並べて設置された加工部２０１の直
下となるようにステージ８を移動させるための指示をス
テージ制御装置１０に出す。そして、加工部２０１にお
いて、エネルギービームや探針等により上記加工部位の
加工や特性評価等(以下これらを一括して加工と称する)
を行なう。なお、以上の検査と加工は、システム制御装
置１１２により装置を統合的に制御することにより行わ
れる。

【００２１】このように、同一のステージ８上において
検査と加工とを合わせて行うことにより、ウエハ７を検
査装置から加工装置に搬送し、合わせて転送した座標デ
ータに基づき加工を行なう従来の方法に比べて、加工位
置精度が著しく向上し、加工範囲を大幅に縮小限定する
ことが可能になった。その結果、所要加工量が大幅に減
少したため、加工時間が短縮し、加工起因汚染が低減す
ると共に、加工による新たな損傷の発生を最小限に抑え
ることが可能となった。

【００２２】同一のステージ上において検査と加工とを
合わせ行なうことは、検査における位置精度が非常に高
い場合でも、その高い位置精度を充分に活用することを
可能にするので、特に電子線を用いた検査装置の場合に
顕著な効果をもたらす。しかし、この方法は光等の他の
エネルギービームを用いた検査装置による検査に際して
も有効に利用できることは云うまでもない。

【００２３】〈実施例２〉次に、本発明の他の一実施例
につき図２を参照して説明する。図２において、ＳＥＭ
部１は、電界放出型電子源を含む電子発生装置２，静電
偏向系を含む電子走査装置３，静電レンズ系を含む電子
収束装置４，半導体検出器を含む検出装置５から構成さ
れている。ＳＥＭ部１は、Ｎ組（図２の実施例において
は４組；Ｎ＝４）が備えられており、各組より収束され
た電子線６が一方向に走査されつつウエハ７上に照射さ
れる。ウエハ７はリターディング電圧を印加可能なステ
ージ８上に固定保持されており、ステージ駆動装置９に
よってステージ８がその面内方向で移動するのに応じ
て、ＳＥＭ部１に対し相対的に二次元方向に移動する。
ここで、先の実施例１の場合と同様に、ステージ８の移
動方向のうち、電子線６の走査方向と垂直な移動方向を
連続移動方向、電子線６の走査方向と平行な移動方向を
送り方向と称することにする。ＳＥＭ部１直下の電子線
６照射部分で発生する二次電子は検出装置５により検出
され、二次電子信号が画像生成装置１１に送られる。画
像生成装置１１は、ステージ８が連続移動方向に移動中
の二次電子信号のうち、各ＳＥＭ部１が受持つ検査領域
幅分の信号からその領域の二次電子像(ＳＥＭ像)を生成
する。そして、画像解析装置１２において、このＳＥＭ
像を利用して欠陥(異物やパターン不良等)の検出を行な
い、さらに、ウエハ７上でのこれら欠陥が存在する箇所
(欠陥箇所)の位置情報(座標データ)を含む欠陥マップを
生成する。なお、これら装置各部の動作は検査制御装置
１３により最適に制御される。特に、検査制御装置１３
においては、複数組のＳＥＭ部１によりウエハ７表面上
の検査領域全体を隈なく、しかも１組のＳＥＭ部１を用
いる場合のＮ倍(本実施例の場合は４倍)の速度で検査す
ることができるようにステージ制御装置１０を制御す
る。

【００２４】更に、図２において複数のＳＥＭ部１と同
列に並べて設置されたイオンビーム部１０１は、イオン
ビーム源を含むイオンビーム発生装置１０２，静電偏向
系を含むイオンビーム走査装置１０３，および静電レン
ズ系を含むイオンビーム収束装置１０４から構成されて
いる。画像解析装置１２で生成された欠陥マップは、検
査制御装置１３を経て加工制御装置１０５へ転送され
る。加工制御装置１０５は、欠陥マップ中に含まれる座
標データに基づいて操作者が決定した観察部位がイオン
ビーム部１０１の直下となるようにステージ８を移動さ
せるための指示をステージ制御装置１０に出す。そし
て、イオンビーム部１０１からの収束イオンビーム１０
６，高精度微動機構を備えたマニピュレータ１０７，お
よびガス供給装置１０８からのガスを利用して、上記し
た手順で決定した観察部位からＴＥＭ等による観察や各
種分析のための試料を摘出し、マニピュレータ１０７上
に固定保持する。

【００２５】また、ここでは上記した試料摘出の他に、
イオンビーム１０６による異物除去や、異物やパターン
欠陥の存在位置を示すためのマーカの書き込み、更には
ガス供給装置１０８からのガスを利用してのイオンアシ
ストデポジションによるパターン欠陥部分の修正等も行
なえるようになっている。

【００２６】そして、試料を固定保持したマニピュレー
タ１０７は、マニピュレータ制御装置１１１により制御
されたマニピュレータ移動装置１１３により、ステージ
８の外に設置された第二のイオンビーム部１０１の直下
位置へと運ばれる。そして、ここで試料が試料ホルダ１
０９上に移され、欠陥部の観察や分析のために必要な試
料の加工処理が施される。

【００２７】次に、上記した試料作製の手順をＴＥＭ観
察用の薄膜試料を作製する場合を例にとって、図３を参
照して説明する。先ず、イオンビーム部１０１から観察
部位１１０の周辺にイオンビーム１０６を照射し、観察
部位１１０を含む小片がその一端部のみでウエハ７と接
続された状態になるまで観察部位１１０の周辺を削る
(図３のａ，ｂ，ｃ)。次に、この小片の上面にマニピュ
レータ１０７先端を接触させた状態でガス供給装置１０
８からの接着用ガスとイオンビーム１０６によるイオン
ビームアシスト接着を行ない、上記小片をマニピュレー
タ１０７の先端に固定する(図３のｄ)。そして、上記小
片のウエハ７との接続部分をイオンビーム１０６で切り
離す(図３のｅ)。これにより、観察部位１１０を含んだ
上記小片をウエハ７から高い位置精度で摘出できる。マ
ニピュレータ１０７を駆動して上記小片をウエハ７上か
ら第二のイオンビーム部１０１直下の試料ホルダ１０９
上に移動し(図３のｆ，ｇ)、そこで再びイオンビームア
シスト接着を行なって、上記小片を試料ホルダ１０９の
先端部に固定する(図３のｈ)。さらに、イオンビーム１
０６によってマニピュレータ１０７を上記小片から切り
離した(図３のｉ)後、観察部位１１０をイオンビーム１
０６で薄膜化する(図３のｊ)ことにより、目的とするＴ
ＥＭ観察用の薄膜試料が試料ホルダ１０９先端部に固定
保持された状態で完成する。上記の試料作製手順は、図
２におけるイオンビーム部１０１，マニピュレータ制御
装置１１１，ガス供給装置１０８，ステージ制御装置１
０等を加工制御装置１０５によって統合的に制御するこ
とにより進められる。

【００２８】次に、これまで述べたウエハ検査の手順を
図４により纏めて説明する。検査を開始すると、先ず最
初に電子線６による外観検査を行ない、異物やパターン
欠陥のウエハ７上での存在位置を検出して先述の欠陥マ
ップを生成する。この結果は欠陥データとして装置の操
作者に提供される。同時に、操作者は上記欠陥マップに
基づいて観察部位を決定する。そして、決定した観察部
位について、ウエハ７からの試料摘出と観察・分析用の
試料作製のための加工をイオンビーム１０６によって順
次行なうことで、観察・分析装置に装着可能な試料の作
製が完了する。以上の検査手順は、図２におけるシステ
ム制御装置１１２による統合的な制御により行なわれ
る。

【００２９】〈実施例３〉本発明のさらに他の一実施例
につき、図５を用いて説明する。図５において、ＳＥＭ
部１は、電界放出型電子源を含む電子発生装置２，静電
偏向系を含む電子走査装置３，静電レンズ系を含む電子
収束装置４，半導体検出器を含む検出装置５から構成さ
れている。ＳＥＭ部１は、Ｎ組（本実施例では４組；Ｎ
＝４）が備えられており、各組より収束された電子線６
が一方向に走査されてウエハ７上に照射される。ウエハ
７は、リターディング電圧を印加可能なステージ８上に
固定保持されており、ステージ駆動装置９によってステ
ージ８がその面内方向で移動されるのに応じて、ＳＥＭ
部１に対し相対的に二次元方向に移動する。ここで、先
の実施例１，２の場合と同様、ステージ８の移動方向の
うち、電子線６の走査方向と垂直な移動方向を連続移動
方向、電子線６の走査方向と平行な移動方向を送り方向
とする。ＳＥＭ部１直下の電子線６照射部分で発生する
二次電子は検出装置５によって検出され、二次電子信号
が画像生成装置１１へと送られる。画像生成装置１１
は、ステージ８が連続移動方向に移動中の二次電子信号
のうち、各ＳＥＭ部１が受持つ検査領域幅分の信号から
該領域の二次電子像（ＳＥＭ像）を生成する。そして、
画像解析装置１２により、このＳＥＭ像を利用してウエ
ハ７上の異物やパターン欠陥等の検出を行ない、さら
に、ウエハ７上でのこれら異物や欠陥が存在する箇所
（欠陥箇所）の位置情報（座標データ）を含む欠陥マッ
プを生成する。なお、これら装置各部の動作は、検査制
御装置１３によって最適に制御される。特に、検査制御
装置１３においては、複数組のＳＥＭ部１により、ウエ
ハ７上の検査領域全体を隈なく、しかも１組のＳＥＭ部
を利用する場合のＮ倍（本実施例の場合は４倍）の速度
で検査することができるようにステージ制御装置１０を
制御する。なお、以上の装置構成は、図２を用いて説明
した本発明の第２の実施例の場合と同様である。

【００３０】図５において、複数組のＳＥＭ部１と同列
に並べて設置されたイオンビーム部１０１は、イオンビ
ーム源を含むイオンビーム発生装置１０２，静電偏向系
を含むイオンビーム走査装置１０３および静電レンズ系
を含むイオンビーム収束装置１０４から構成されてい
る。画像解析装置１２で生成された欠陥マップは、検査
制御装置１３を経て加工制御装置１０５へ転送される。
加工制御装置１０５は、欠陥マップに含まれる座標デー
タに基づき操作者が決定した観察部位が、イオンビーム
部１０１の直下となるようにステージ８を移動させる指
示をステージ制御装置１０に出す。そして、イオンビー
ム部１０１からのイオンビーム１０６，高精度微動機構
を備えたマニピュレータ１０７，およびガス供給装置１
０８からのガスを利用して、上記の手順で決定した観察
部位からＴＥＭ等による観察や各種分析のための試料を
摘出して、試料ホルダ１０９上に固定保持させる。

【００３１】本実施例では、試料のウエハ７からの摘出
と、試料ホルダ１０９への固定と、観察や分析のための
試料の加工とを、ステージ８上において同一のイオンビ
ーム部１０１を用いて一貫して行なう。なお、以上の検
査と加工はシステム制御装置１１２により装置を統合的
に制御することにより行なわれる。本実施例では、図２
に示した実施例に比べ、装置構成がより簡潔化されてい
るため、上記した加工処理手順を採ってもウエハ７の汚
染や損傷が特に問題とならない場合には有用である。

【００３２】〈実施例４〉図６に、本発明のさらに他の
一実施例を示す。図６において、ＳＥＭ部１は、電界放
出型電子源を含む電子発生装置２，静電偏向系を含む電
子走査装置３，静電レンズ系を含む電子収束装置４およ
び半導体検出器を含む検出装置５から構成されている。
ＳＥＭ部１より収束された電子線６が一方向に走査され
てウエハ７上に照射される。ウエハ７は、リターディン
グ電圧を印加可能なステージ８上に固定保持されてお
り、ステージ駆動装置９によりステージ８がステージ８
面内で移動されるのに応じて、ＳＥＭ部１に対して相対
的に二次元方向に移動される。ここで、先の実施例１〜
３の場合と同様に、ステージ８の移動方向のうち、電子
線６の走査方向と垂直な移動方向を連続移動方向、電子
線６の走査方向と平行な移動方向を送り方向と称するこ
ととする。ＳＥＭ部１直下の電子線６照射部分で発生す
る二次電子は検出装置５により検出されて、検出二次電
子信号が画像生成装置１１へ送られる。画像生成装置１
１は、ステージ８が連続移動方向に移動中の二次電子信
号のうちの所定検査領域幅分の信号からその領域幅分の
二次電子像(ＳＥＭ像)を生成する。そして、画像解析装
置１２は、このＳＥＭ像を利用して欠陥(異物やパター
ン欠陥等)の検出を行ない、さらにウエハ７上でのこれ
ら欠陥の位置情報(座標データ)を含む欠陥マップを生成
する。なお、これら装置各部の動作は、検査制御装置１
３により最適に制御される。特に、検査制御装置１３に
おいては、ＳＥＭ部１によりウエハ７上の所要検査領域
を隈なく検査することができるようにステージ制御装置
１０を制御する。

【００３３】また、電気特性・探針力評価装置３０１
は、欠陥マップに含まれる座標データに基づき操作者が
決定した評価部位が、実効的にＳＥＭ部１と並べて設置
された微動機構を備えた探針３０２の直下となるように
ステージ８を移動させる指示をステージ制御装置１０に
出す。探針３０２は、位置制御装置３０３による精密な
位置制御の下で、評価部位に接触して同部位の電気特性
を検出したり、あるいは評価部位の極近傍に接近して探
針３０２と評価部位との間に働く力を検出したりするの
に利用される。また、探針３０２には加熱装置３０４が
付設されており、これを加熱制御装置３０５で制御する
ことにより、探針３０２先端の温度をそれが接近してい
る評価部位の性質や形状を変化させるのに必要な値に設
定することが可能である。これらの機構により、評価部
位の電気特性および表面形状と寸法の評価、さらには当
該部位の加熱修正等が高い位置精度で行なえるようにな
っている。なお、以上の検査と評価は、システム制御装
置１１２によって装置を統合的に制御することにより行
なわれる。

【００３４】以上、本発明を種々の実施例を挙げて説明
してきたが、本発明は、ＳＥＭ部１と加工部２０１とが
同一装置内に設置されており、ＳＥＭ部１による検査と
加工部２０１による加工や評価がウエハ７を同一のステ
ージ上に設置したままの状態で実施できる装置構成であ
れば、上記した実施例に留まらず、その他にどのような
構成，機能が備わっている場合であっても、上記した実
施例の場合と全く同様にして適用できることは云うまで
もない。また、ＳＥＭ部１が、電界放出型以外の電子源
を含む電子発生装置，静電型以外の偏向系を含む電子走
査装置，静電型以外のレンズ系を含む電子収束装置，半
導体以外の検出器を含む検出装置とから構成されている
場合であっても、上記実施例の場合と全く同様にして実
施できることも云うまでもない。また、ＳＥＭ部１を複
数組用いる場合についても、上記実施例では４組の場合
のみについて説明したが、これ以外の組数を用いること
ももちろん可能であることは云うまでもない。

【００３５】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
同一ステージ上においてウエハの検査と加工を合わせて
行なうことで、ウエハを検査装置から加工装置に搬送
し、合わせて転送した座標データに基づき加工を行なう
従来の方法に比べて加工位置精度が著しくに向上し、従
来法よりも所要加工範囲を大幅に縮小限定することが可
能になった。その結果、所要加工量が減少したため、加
工時間が短縮し、加工起因汚染が低減すると共に、加工
による新たな欠損部の発生を最小限に抑えることが可能
となる。また、上記と同様に、同一ステージ上において
検査と評価とを合わせて行なうことで、評価の位置精度
を向上させることが可能となった。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例になるウエハ検査装置の
基本的構成を示す図。

【図２】本発明の第二の実施例になるウエハ検査装置の
基本的構成を示す図。

【図３】上記した第二の実施例になる装置の機能および
動作を説明する図。

【図４】上記した第二の実施例になる装置による検査お
よび加工手順を説明する図。

【図５】本発明の第三の実施例になるウエハ検査装置の
基本的構成を示す図。

【図６】本発明の第四の実施例になるウエハ検査装置の
基本的構成を示す図。

【符号の説明】

１…ＳＥＭ部，２…電子発生装
置，３…電子走査装置，４…電子収
束装置，５…検出装置，６…電
子線，７…ウエハ，８…ステ
ージ，９…ステージ駆動装置，１０…ステ
ージ制御装置，１１…画像生成装置，
１２…画像解析装置，１３…検査制御装置，
１０１…イオンビーム部，１０２…イオンビーム発
生装置，１０３…イオンビーム走査装置，１０４
…イオンビーム収束装置，１０５…加工制御装
置，１０６…イオンビーム，１０７…マ
ニピュレータ，１０８…ガス供給装置，
１０９…試料ホルダ，１１０…観察部位，
１１１…マニピュレータ制御装置，１１２…シス
テム制御装置，１１３…マニピュレータ移動
装置，２０１…加工部，３０１…
電気特性・探針力評価装置，３０２…探針，
３０３…位置制御装置，３０４…加熱装
置，３０５…加熱制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＨ０１Ｊ 37/30 Ｈ０１Ｊ 37/30 Ｚ (72)発明者村越久弥東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者品田博之東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者野副真理東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 ▲高▼藤敦子東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者長谷川正樹東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者牧野浩士東京都国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子発生装置，電子走査装置，電子収束装
置，検出装置から構成される走査型電子顕微鏡部（ＳＥ
Ｍ部）と、上記ＳＥＭ部に対して相対的に二次元移動可
能なステージと、上記ＳＥＭ部からの二次電子信号を用
いてＳＥＭ像を生成する画像生成装置と、上記ＳＥＭ像
を利用して上記ステージ上に載置した半導体ウエハ上に
存在する欠陥（異物やパターン不良等）を検出して該欠
陥存在位置情報（座標データ）を含んだ欠陥マップを生
成する画像解析装置とを備えたウエハ検査装置におい
て、上記半導体ウエハを上記ステージ上に載置したまま
の状態で上記半導体ウエハの特定部位を上記座標データ
に基づいて加工することの可能な加工部をさらに備えて
なることを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項２】請求項１に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記のＳＥＭ部は複数備えられており、上記画像生
成装置が上記複数のＳＥＭ部からの二次電子信号を用い
て上記複数のＳＥＭ部のそれぞれに対応する複数のＳＥ
Ｍ像を実効的に同時に生成する機能を有し、上記画像解
析装置が上記複数のＳＥＭ像のそれぞれから上記半導体
ウエハ上に存在する欠陥を実効的に同時に検出し該検出
結果から上記座標データを含んだ上記欠陥マップを生成
する機能を有してなることを特徴とするウエハ検査装
置。
【請求項３】請求項１又は請求項２に記載のウエハ検査
装置であって、上記の加工部がエネルギービーム発生装
置，エネルギービーム走査装置，エネルギービーム収束
装置から構成されるエネルギービーム部を備えてなり、
上記半導体ウエハを上記ステージ上に設置したままの状
態で上記半導体ウエハの特定部位に上記座標データに基
づいてエネルギービームを照射する機能を有してなるこ
とを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項４】請求項３に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記のエネルギービームがイオンビームであり、上
記エネルギービーム部がイオンビーム発生装置，イオン
ビーム走査装置，イオンビーム収束装置を含むイオンビ
ーム部であることを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項５】請求項４に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記の加工部が上記イオンビーム部からの上記イオ
ンビームを照射することにより上記半導体ウエハ上の特
定部位から上記座標データに基づいて摘出した観察・分
析用試料を観察・分析用の試料ホルダ上に移動するため
のマニピュレータと、上記マニピュレータ上にイオンビ
ームアシスト接着法により上記試料を固定しさらに上記
試料を同じくイオンビームアシスト接着法により上記試
料ホルダ上に固定するために用いられる接着用ガスを供
給するためのガス供給装置とをさらに含んでなることを
特徴とするウエハ検査装置。
【請求項６】請求項５に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記の試料ホルダ上に固定された上記試料を上記し
た観察・分析が可能な形状に成形加工するためのイオン
ビーム発生装置，イオンビーム走査装置，イオンビーム
収束装置を含んで構成される試料成形部をさらに備えて
なることを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項７】請求項４に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記の加工部がさらにガス供給装置を備えており、
上記座標データに基づき上記半導体ウエハの特定部位の
形状を所望の形状に変更する機能を有してなることを特
徴とするウエハ検査装置。
【請求項８】請求項１又は請求項２に記載のウエハ検査
装置であって、上記の加工部が単数又は複数の探針およ
び上記単数又は複数の探針を上記半導体ウエハの特定部
位に上記座標データに基づいて接近または接触させるた
めのマニピュレータから構成されてなるプローブ機構を
さらに含んでなることを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項９】請求項８に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記のプローブ機構が上記半導体ウエハの特定部位
に上記座標データに基づき上記探針を接触させて上記特
定部位の電気特性を測定する機能を有してなることを特
徴とするウエハ検査装置。
【請求項１０】請求項８に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記のプローブ機構が上記探針の加熱機構を備えて
おり、上記加熱機構によって加熱された上記探針を上記
半導体ウエハの特定部位に上記座標データに基づき接近
または接触させて該特定部位の性質または形状を変更す
る機能を有してなることを特徴とするウエハ検査装置。
【請求項１１】請求項８に記載のウエハ検査装置であっ
て、上記のプローブ機構が上記半導体ウエハの特定部位
に上記座標データに基づき接近させた上記探針と上記特
定部位との間に働く力を検出する機構を含み、上記のマ
ニピュレータが上記探針を上記特定部位を含む領域内で
移動走査させる機能を含み、さらに上記プローブ機構が
上記探針と上記特定部位との間に働く力に基づく信号の
上記特定部位を含む領域における走査像を生成する機能
を含んでなることを特徴とするウエハ検査装置。