(57)【要約】【課題】欠陥レビュー装置に微小針を用いたマーキング手法を適用する場合、硬度測定に用いられるような垂直昇降機構を用いると試料室の大型化が避けらない。これにより試料ステージの移動量が増加によるマーキング位置精度の低下が懸念される。また、試料室が大きいと、所定の真空度に到達するまでの排気時間が長くなり、試料交換や装置メンテナンス時の所要時間の点でも不利である。【解決手段】試料室内の真空状態を保持したまま試料に対して垂直方向に動作する昇降部と、昇降部の昇降方向とは異なる方向に長手方向をもつように配置され、荷電粒子光学鏡筒の方向に延伸したアーム部と、アーム部に設けられた微小針と、を有するマーキング機構とを備えることを特徴とする。【選択図】  図２−Ａ
2014123480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を集束して試料に照射する荷電粒子光学鏡筒と、
前記試料から発生した二次粒子から前記試料の画像を生成する画像生成部と、
前記試料に圧痕を形成するマーキング機構と、
前記荷電粒子光学鏡筒と前記マーキング機構とが設置され、内部に前記試料を配置する試料室と、を備え、
前記マーキング機構は、
前記試料室内の真空状態を保持したまま前記試料に対して垂直方向に動作する昇降部と、
前記昇降部の昇降方向とは異なる方向に長手方向をもつように配置され、前記荷電粒子光学鏡筒の方向に延伸したアーム部と、
前記アーム部に設けられた微小針と、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記アーム部は前記昇降部の昇降方向および前記微小針に対して垂直に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記微小針の先端部は多角形錐であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記アーム部は前記微小針が前記試料に押圧する圧力を検知する圧力検知素子を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
前記圧力検知素子は前記アーム部のひずみ量から圧力を求める素子であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料の高さを測定する高さセンサを備え、
前記高さセンサの出力値に基づいて前記試料と前記微小針との距離を判定し、前記距離に応じて前記昇降部の動作速度を決定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料を前記試料室へ搬入した後かつ前記圧痕を形成する前に、少なくとも１回前記昇降部の昇降動作の基準となる基準点から前記試料表面までの基準距離を求めておき、
当該基準距離と前記高さセンサの出力値とを用いて前記試料と前記微小針との距離を判定することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記マーキング機構は、前記試料室に対して前記昇降部の昇降動作の方向を傾斜させることで、前記試料と前記微小針とのなす角を調整可能な回転角調整機構を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記回転角調整機構は、少なくとも前記微小針と前記アーム部とを一体に可動とすることで前記試料と前記微小針とのなす角を調整することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記回転角調整機構は、少なくとも２軸方向に調整可能な機構であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記回転角調整機構は、ステージによる傾斜機構または球体関節を持つ機構であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記圧痕の画像を表示する表示部を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
前記圧痕の画像から前記圧痕の形状、前気圧痕の稜線の方向、前記稜線の長さの少なくともいずれかを検知し、前記圧痕の形状、前気圧痕の稜線の方向、前記稜線の長さの少なくともいずれかに基づいて前記試料と前記微小針とのなす角を調整することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料における観察対象位置に前記荷電粒子線を照射することで、前記観察対象位置の上に保護膜を形成することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料に荷電粒子線を照射して試料の観察を行う走査電子顕微鏡等の荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造では歩留まりが採算に大きく影響することから、加工不良や異物といった欠陥を早期に発見し、それらを低減することが重要である。近年、半導体デバイスの微細化の進展により加工難度が著しく高まってきたことから、従来一般的であったシリコンウェハ平面方向のデバイス集積のみならず、深さ方向への三次元積層といった複雑な集積技術が盛んに研究・開発されるようになってきた。このような背景から、欠陥の発生原因は多様かつ複合的となり、この原因を調査する故障解析技術の重要度が高まっている。
【０００３】
故障解析は、以下のように実施される。まず、光学式または電子線式の外観検査装置を用いてウェハ上の欠陥を検出し、位置情報を取得する。外観検査装置で検出された欠陥は、ノイズによる誤検出や異物等のランダム欠陥など致命的ではないものも含むので、欠陥レビュー装置にて外観検査装置にて検出された欠陥位置の高解像度画像を取得し、この欠陥画像を用いて致命／非致命の分類を行う。この分類には、欠陥レビュー装置にて取得した欠陥画像を、画像処理を用いて自動的に分類するＡＤＣ（Automatic Defect Classification）機能が用いられるようになってきている。これにより、故障解析の必要な致命欠陥に対象を絞って解析作業を行うことができ、歩留まりの早期向上が図られている。
【０００４】
故障解析には走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）や透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）による高分解能観察の他、種々の元素分析手法などが用いられる。これらの解析において、その測定原理や装置の試料サイズ制約等により、シリコンウェハそのものをサンプルとして使用することができず、サンプル加工が必要となる場合がある。このような場合には、ウェハの割断によるサンプル切出し手法の他、マイクロメートルレベルの微小サンプルの加工にはレーザや集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）による加工装置などが用いられている。半導体プロセスで生じる欠陥は極めて微小であり目視にて観察することは困難であることから、上述のサンプル加工を行う際には、微小サンプルの切り出し位置の特定のための何らかの目印が必要となる。特にサンプル加工にＦＩＢを用いる場合は、観察されるＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）像で観察可能な微小な目印が必要となる。
【０００５】
このような目印を付与するための技術の一例として、特開2000−241319号公報（特許文献１）には、光による欠陥検出部を備えたＦＩＢ装置が開示されている。当該装置においては、光により検出された欠陥位置の近傍にＦＩＢによりマーキングを行い、マーキングを基準として試料にＦＩＢを照射して解析用サンプルを作成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開2000−241319号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１には、光による欠陥検出部を備えたＦＩＢ装置が開示されているが、欠陥分類技術の適用やその実装方法についての記載がなく、解析対象となる致命欠陥を抽出してマーキングを行うという着想は見られない。また、近年の半導体デバイスは微細化の進行により欠陥サイズが著しく微小となっており、欠陥種別の判別には数ｎｍレベルの高分解能な走査電子顕微鏡撮（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）像が必要である。従って、欠陥種別の判別後にマーキングを実施するには、ＳＥＭ式欠陥レビュー装置にＦＩＢを設けることが考えられる。ＳＥＭとＦＩＢを近接して設置すると、ＳＥＭ、ＦＩＢの双方の対物レンズ磁場、電場が相互に影響することから、制御性の悪化やそれによる分解能の劣化が生じる。このため、ＳＥＭとＦＩＢを別個に設けるには試料室の大型化が必要である。しかしながら、半導体製造・検査装置はクリーンルームの維持コストとその効率的利用の観点から占有面積の最小化が求められ、試料室の大型化による占有面積増加は避けるべきである。更に、試料室の大型化は観察対象領域にマーキングを行うためのステージ移動量を増加させ、ステージの停止誤差が大きくなる。したがって試料室の大型化によるマーキングの位置精度低下が懸念される。また、試料室が大きいと、所定の真空度に到達するまでの排気時間が長くなり、試料交換や装置メンテナンス時の所要時間の点でも不利である。
【０００８】
また特許文献１には、ＦＩＢによるマーキング以外に微小針を用いたマーキング手法についても記載があるものの、その実施方法についての詳細な言及は見られない。故障解析を実施するＳＥＭやＴＥＭ、サンプル加工に使用されるＦＩＢなどで視認可能な微小マーキングを形成する微小針昇降機構としては、硬度測定に用いられるビッカース硬度計やバーコビッチ硬度計に用いられる垂直昇降機構が一般的であるが、この機構を欠陥レビュー装置に設ける場合、前述した装置の大型化の問題が避けられない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のマーキング機構は、試料室内の真空状態を保持したまま前記試料に対して垂直方向に動作する昇降部と、昇降部の昇降方向とは異なる方向に長手方向をもつように配置され、前記荷電粒子光学鏡筒の方向に延伸したアーム部と、アーム部に設けられた微小針と、を有する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、試料室本体へのマーキング機構の取り付け位置に関らず、荷電粒子線照射位置付近までマーキング形成位置を近づけることが可能であり、試料室の大型化を避けることができる。これにより、欠陥レビュー装置にて分類された致命欠陥の故障解析に有用な圧痕マーキングが形成可能となり、早期の欠陥発生原因の特定と歩留まり向上が期待できる。
【００１１】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施例１の荷電粒子線装置の全体構成の概略説明図である。
【図２−Ａ】実施例１におけるマーキング機構と電子顕微鏡鏡体との実装位置関係を示す説明図である。
【図２−Ｂ】実施例１におけるマーキング動作を示す説明図である。
【図３】実施例１のマーキング機構の説明図である。
【図４】実施例２のマーキング機構の説明図である。
【図５】実施例２における微小針の傾きと圧痕形状との関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の実施例について詳細に説明する。
【００１４】
以下、荷電粒子線装置の一例として走査電子顕微鏡を用いた例を説明するが、これは本発明の単なる一例であって、本発明は以下説明する実施の形態に限定されるものではない。本発明において荷電粒子線装置とは荷電粒子線を用いて試料の画像を撮像する装置を広く含むものとする。荷電粒子線装置の一例として、走査電子顕微鏡を用いた検査装置、レビュー装置、パターン計測装置が挙げられる。また、汎用の走査電子顕微鏡や、走査電子顕微鏡を備えた試料加工装置や試料解析装置にも適用可能である。また、以下で荷電粒子線装置とは、上記の荷電粒子線装置がネットワークで接続されたシステムや上記の荷電粒子線装置の複合装置も含むものとする。
【００１５】
本明細書において、「欠陥」とはパターンの欠陥に限らず、異物やパターン寸法異常、構造不良等、観察対象物を広く含むものとする。
【００１６】
本明細書において、「試料」とは主に半導体基板となるウェハを想定しているが、当然ながら試料はこれに限られるものではない。ウェハにパターンが形成されていてもよいし、形成されていなくてもよい。
【実施例１】
【００１７】
以下、本発明の第１の実施例について説明する。図１に本実施例の欠陥レビュー装置の構成を示す。電子線を試料上に集束して走査するＳＥＭ鏡体１０１（荷電粒子光学鏡筒）が試料室１０２上に設置されている。図示しないが、ＳＥＭ鏡体１０１には電子源、走査偏向器、集束レンズ、対物レンズ、検出器等の光学素子が含まれているものとする。当然、これ以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、電子光学系の構成はこれに限られない。ウェハ（試料）はウェハ搬送部１０３を介して試料室１０２へ搬入（ロード）される。また、試料室１０２上にはウェハの搬送誤差をアライメントするための光学顕微鏡１０４と、試料に圧痕を残すことでマーキングを実施するマーキング機構１０５も設置されている。各部は制御ユニット１０６と電気的に接続され、制御ユニット１０６に含まれるＳＥＭ制御部１０７、ステージ制御部１０８、光学顕微鏡制御部１０９、マーキング機構制御部１１０により制御される。具体的には、ＳＥＭ鏡体１０１はＳＥＭ制御部１０７により、試料室１０２中のステージ（図２の２０４）はステージ制御部１０８により、光学顕微鏡１０４は光学顕微鏡制御部１０９により、マーキング機構１０５はマーキング機構制御部１１０により、それぞれ制御される。尚、制御ユニット１０６には不図示のコンピュータおよび操作盤が設けられ、その操作により各部に対する制御信号が送信される。
【００１８】
制御ユニット１０６にはＡＤＲ（Automatic Defect Review）ユニット１１１と、ＡＤＣユニット１１２が接続されている。ＳＥＭ鏡体１０１にて取得された画像はＳＥＭ制御部１０７を介して、光学顕微鏡１０４にて取得された画像は光学顕微鏡制御部１０９を介して、それぞれ画像データが送信され、欠陥レビュー動作に使用される。欠陥レビュー動作とは、以下に説明する一連の動作をいう。まず、通信部１１３を介して、ネットワークに接続された上位コンピュータ（図示省略）より外観検査装置の検査データが送信され、制御部１０６内のコンピュータが欠陥位置情報を処理し、順次目標となるステージ座標を計算してステージ制御部１０８へ移動命令を発行する。ステージが当該欠陥位置情報に示される位置に移動されると、ＳＥＭ鏡体１０１は当該欠陥位置情報に基づく欠陥近傍の低倍率画像を取得し、ＳＥＭ制御部１０７を介してＡＤＲユニット１１１へ画像を転送する。ＡＤＲユニット１１１で送信されてきた欠陥近傍の低倍率画像と、事前に取得または生成した良品部の参照画像とを比較し、画像処理にてＳＥＭ画像内から欠陥位置を特定する。ここで、参照画像とは被検査対象画像に対する比較基準となる画像であって、複数の画像を合成して得られた画像であってもよいし、設計データ等から生成された画像でもよい。次に、低倍率画像において特定された欠陥位置が制御部１０６のコンピュータへ入力され、制御部１０６は当該欠陥位置の高倍率画像を取得するように命令を発行する。ＡＤＣユニット１１２は高倍率の欠陥画像が取得されたら、この画像から得られる欠陥の特徴量と予め保存された教示データに基づき、欠陥種別の分類を行う。以上の動作を繰返し、所定のレビュー対象欠陥の画像取得が終了したら、通信部１１３を介して上位コンピュータへ欠陥位置情報に対する欠陥画像、欠陥分類結果を関連付けてアップロードする。
【００１９】
オペレータは欠陥分類結果や欠陥画像を参照し、致命欠陥のうち故障解析が必要な欠陥を絞り込む。そして制御ユニット１０６のコンピュータよりマーキング制御部１１０を介してマーキング機構１０５を昇降させ、ウェハへのマーキングを実施する。その後、ウェハ搬送部１０３を介してウェハを搬出（アンロード）し、マーキング位置を参考に欠陥の解析工程へと移る。尚、予めマーキングを実施する特定の欠陥分類を登録しておき、ＡＤＣユニット１１２の分類結果が予め登録された欠陥分類である場合には自動的にマーキング処理までを実施しても良い。
【００２０】
尚、上記のマーキング時に試料に圧痕を残す以外の方法を併用してもよい。例えば、電子線が試料室１０２の雰囲気中のガス分子を励起することでウェハ上に堆積するコンタミネーションを用いてマーキングを実施してもよい。物理的にウェハ表面の形状を変化させるため、視認性に優れる圧痕マーキングに加えて、照射位置の制御性が高く、高い位置精度が見込める電子線マーキングを用いることで、解析工程の作業性向上が期待できる。また、上記の電子線マーキングを応用し、欠陥上に保護膜を形成し、解析工程でのサンプル作成作業の際に、誤って欠陥自体を除去することを防止することができる。例えば、ウェハの研磨工程で生じるスクラッチ欠陥のような低段差欠陥において、断面サンプル作成の位置決めのためにＳＩＭ像を取得すると、ＦＩＢのエッチング作用によって欠陥自体を削り取ってしまう場合がある。このような解析困難な欠陥上に電子線を照射することで、コンタミネーション層の保護膜が形成され、ＳＩＭ像取得時にはコンタミネーション層が削られることで、下層の欠陥部が保護される。したがって、試料の画像により欠陥の位置を特定した後かつマーキング前に、欠陥位置に電子線を照射して当該欠陥の上を覆うように保護膜を形成すればよい。また、別の方法として、欠陥の位置を特定し断面サンプルを切り出したい位置を示すマーキングを行い、その後欠陥位置に電子線を照射して当該欠陥の上を覆うように保護膜を形成してもよい。この方法は微小な異物欠陥の中心を切り出したいときなどに欠陥との位置関係を観察しながらマーキングが行える点で有効である。尚、以上の説明では圧痕マーキングと電子線マーキングを併用する例を示したが、本発明の実施形態はこれに限定されるものではなく、電子線以外の荷電粒子線を併用してもよい。
【００２１】
欠陥レビュー装置には、このほかにも各部分の動作を制御する制御部や、電子線照射により発生する二次電子や反射電子等の二次粒子信号に基づいて画像を生成する画像生成部、当該画像を表示するモニタ等の表示部が含まれている（図示省略）。制御部や画像生成部は、専用の回路基板によってハードウェアとして構成されていてもよいし、欠陥レビュー装置に接続されたコンピュータで実行されるソフトウェアによって構成されてもよい。ハードウェアにより構成する場合には、処理を実行する複数の演算器を配線基板上、または半導体チップまたはパッケージ内に集積することにより実現できる。ソフトウェアにより構成する場合には、コンピュータに高速な汎用ＣＰＵを搭載して、所望の演算処理を実行するプログラムを実行することで実現できる。このプログラムが記録された記録媒体により、既存の装置をアップグレードすることも可能である。また、これらの装置や回路、コンピュータ間は有線又は無線のネットワークで接続され、適宜データが送受信される。
【００２２】
図２−Ａは図１のＳＥＭ鏡体１０１とマーキング機構１０５の詳細を示す図である。不図示の電子源より放出された電子線２０１は対物レンズ２０２にて収束され、ウェハ２０３へ照射される。ウェハ２０３は試料室内のステージ２０４にて移動され、所定の欠陥位置がＳＥＭ観察位置となるように制御される。ステージ２０４にはリターディング電圧２０５が印加され、電子線２０１へ減速作用を与える。このようなリターディング方式の電子光学系とすることで、ＳＥＭ鏡体内を通過する電子のエネルギーを高く保つことができ、外乱によるノイズや収束時の収差を低減することができる。試料室上には高さセンサ２０６が設けられ、対物レンズ２０２とウェハ２０３間の高さ変化を読み取っている。この高さ情報を対物レンズ２０２の励磁電流量へフィードバックすることで、ウェハ２０３の反りや傾きによる高さ変化により電子線２０１の収束位置がウェハ２０３上からずれ、フォーカスのぼけが発生することを防止している。
【００２３】
このマーキング機構は試料室上に設置されている。このため、図２−ＡのようにＳＥＭ鏡体の位置、すなわち画像の撮像中心位置の直上に配置することができず、画像の撮像中心位置から離れた位置に設置されることになる。マーキング機構は、ステッピングモータ２０７と、ステッピングモータに接続されたボールねじ２０８と、ボールねじの稼働方向と平行に設けられたガイド２０９と、ボールねじ２０８とガイド２０９をつなぐジョイント２１０と、ジョイント２１０と固定され昇降時の真空封止を行うベローズ２１１と、ジョイント２１０と接続されたアーム２１２と、アームの先端に取り付けられた微小針２１３を備える。ステッピングモータ２０７、ボールねじ２０８、ガイド２０９、ジョイント２１０等は鉛直方向、すなわちウェハ面に対して垂直方向の昇降動作を発生させるものであるので、これらを昇降部と総称することもある。
【００２４】
微小針２１３にはダイヤモンド製のバーコビッチ圧子（三角錐）またはビッカース圧子（四角錐）を用いることで、耐摩耗性を確保する。さらに、微小針２１３の先端が多角形錐になっていることで、圧痕に稜線が形成され、解析用のサンプルの作成時にウェハ上のマーキング部分が判別しやすくなる。
【００２５】
ステッピングモータ２０７の回転動作はボールねじ２０８によって昇降動作に変換される。この昇降動作によりガイド２０９に沿ってジョイント２１０が上下に動作し、これに伴いジョイント２１０に固定されたアーム２１２、微小針２１３も上下に動作する。このときベローズ２１１によって昇降動作中も試料室内の真空状態が保持されたままとなっている。アーム２１２は、マーキング機構の昇降動作方向と異なる方向であって、かつＳＥＭ鏡体１０１方向に長手をもつように配置されている。理想的には、マーキング機構の昇降動作方向に略垂直な方向に長手をもつように配置されるのが望ましい。このように、アーム２１２は昇降部およびベローズ２１１の取り付け位置から見て荷電粒子光学鏡筒の方向（荷電粒子線の光軸の方向）に延伸するように配置されている。また、アーム２１２は微小針に対しても略垂直に配置されている。昇降部とアーム２１２と微小針２１３によりいわゆる「クランク型」が形成される。昇降動作によって微小針２１３がウェハ２０３に接触して圧痕を形成する。
【００２６】
ＳＥＭの原理上、ＳＥＭ鏡体と試料室は真空とする必要があるが、ビッカース硬度計やバーコビッチ硬度計など一般的な硬度計は真空中での使用を前提としておらず、真空封止の面から適用は困難である。上記のようなクランク型マーキング機構によれば、真空封止を保ったまま微小針２１３の昇降動作をさせることができる。さらに、アーム２１２により試料室上のマーキング機構設置位置からＳＥＭ鏡体側へ微小針を近づけることで、圧痕動作時のステージ２０４の移動量を少なくでき、マーキング位置精度の向上が見込める。また、試料室を小型化でき装置の大型化による占有面積の増加も避けることができる。
【００２７】
さらに、上記構成に加えて、アーム２１２は真空中にて圧力測定または圧力検知を行う手段を備えるとよい。これによれば、微小針２１３がウェハ２０３に押圧する圧力を微小針２１３の近傍で測定でき、圧力測定精度の向上も期待できる。この圧力検知手段については図３を用いて後述する。
【００２８】
マーキング機構は圧痕形成時にサンプルとの放電を避けるため、接地電位（グラウンド）に接続されている。従って、ウェハ２０３に印加されたリターディング電圧２０５がマーキング機構の接地電位へ放電することを避けるため、図２−ＡのようにＳＥＭ観察中はマーキング機構が上方へ退避している。図２−Ｂに示すように、ＳＥＭ観察が終了しマーキングを実施する際は、まず電子線２０１を不図示のブランキング電極へ電圧を印加するか、電子線２０１の光路上に設けられた不図示のシャッターを閉めるなどしてウェハ２０３へ照射されないようにする。次にリターディング電圧２０５を変化させるか、リレー等の切替え器を用いてウェハを接地電位２２１とし、ＳＥＭ観察していた視野が微小針２１３の下方へ来るようにステージ２０４を移動させる。そしてステッピングモータ２０７を回転させるとボールねじ２０８を介してジョイント２１０がベローズ２１１を下方へ押し下げ、試料室内のアーム２１２が同じく下降して微小針２１３がウェハ２０３に接触する。このとき、ウェハに過剰な圧力が印加されて破損することを防止するため、アーム２１２に設けられた圧力素子の信号を不図示の制御基板を介してマーキング制御部へ送信し、圧力を監視しながら除々に下降させ、予めマーキング制御部へ設定されたしきい値まで圧力が印加された時点で圧痕形成を停止する。その後、ステッピングモータ２０７を逆回転させ、マーキング機構を図２−Ａの退避位置まで戻して一連のマーキング動作を終了する。
【００２９】
次に、図３を用いて、前述の圧力検知手段について説明する。圧力検知手段としては、アームに設置されまたはアームと一体化された圧力検知素子を用いることができる。アームに圧力検知素子を備えることでアームのひずみ量から圧力を求めることができる。近年ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）と呼ばれる電子回路と微小機構とを備えた複合デバイスが多く開発され、微小な物理量測定などに活用されている。本実施例では、アーム部の一部にフォースセンサ３０１を用いる例を示す。フォースセンサ３０１とは、フォースセンサ３０１の中央の空隙付近に設けられた金属抵抗体の伸縮変形により抵抗値変化が生じ、これを電気的に読み取ることで印加された圧力を求めるものである。従って圧力測定精度を上げる為には変形量を大きくするか、金属抵抗体の総面積を増やして変形量辺りの抵抗値変化を大きくする必要がある。変形量を大きくするにはウェハとの接触加重を大きくする必要があるが、発明者らの検討結果によればダイヤモンド製のバーコビッチ圧子とシリコン単結晶との接触加重は１０〜５００ｍＮ程度が最適であり、これ以上の圧力印加では圧痕形状が大きくなり過ぎるかシリコンウェハ表面にクラックが生じてしまい、実用的ではない。これに対して、本実施例のクランク型マーキング機構では昇降方向と直交するアームの一部にフォースセンサ３０１を設けており、空隙の大きさを広く取れ、金属抵抗体の総面積を増やせることから、微小圧力の検知に有利である。
【００３０】
次にマーキング機構の初期位置決定方法、およびマーキング機構の昇降速度プロファイルについて説明する。図３の通り、マーキング機構のボールねじ部にはホームポジションセンサ３０２が設けられ、ジョイント部がホームポジションセンサ３０２の高さにある状態を初期位置としている。ホームポジションセンサは一般的なフォトカプラなどの遮光検知形素子で形成すればよい。ホームポジションセンサ３０２の配置位置はこれに限られない。
【００３１】
マーキング機構の下降時はマーキングの処理速度と圧力検知精度や圧痕形状の精緻さを両立するため、一般的なステッピングモータ駆動シーケンス同様、ウェハへの接触のおそれの無い前半は動作速度を高く、ウェハへ接近した後半は動作速度を遅くするなど、ウェハと微小針との距離に応じて動作速度を決定するとよい。本実施例ではウェハの高さを高さセンサにて測定していることから、この高さの値を用いて試料と微小針との距離を判定し、ウェハ表面よりある一定の距離Ｓを低速駆動とするように制御することができる。これにより圧痕形状の再現性を高めることができる。ホームポジションからウェハの基準高さＺまでの距離をＬ、高さセンサで読み取った基準高さからの誤差をΔＺとすると、高速駆動区間の距離Ｈは以下の式で表すことができる。
Ｈ＝Ｌ＋ΔＺ−Ｓ    ・・・（１）
【００３２】
上記式（１）によれば、事前にホームポジションからウェハの基準高さＺまでの距離Ｌを求めておけば、以降はマーキング処理の都度ΔＺを高さセンサから求めれば駆動プロファイルを決定することが可能となる。ホームポジションから試料表面までの基準距離となる距離Ｌは、試料を試料室に搬入した後圧痕の形成前に少なくとも１回昇降動作を行うことで事前に求めておく。尚、ウェハの基準高さＺは、ウェハの反りや傾きが無い場合のウェハ面の高さであり、ΔＺはウェハの反りや傾きによる高さの誤差である。距離Ｌを求めるには、例えばホームポジションから微小針を下降させ、ウェハに接触するまでのステッピングモータの駆動パルス数を求める方法がある。この時、ウェハとの接触検知は前記圧力検知手段を用いればよい。ステッピングモータの１パルス当たりの回転量と、ボールねじのピッチを乗じることで、前記パルス数を距離に換算することができる。逆に距離Ｓ、ΔＺをボールねじのピッチで割り、ステッピングモータのパルス数としてパラメータを持つことができる。このようにパルス数を駆動パラメータの決定手段として用いても良いし、距離をパラメータとして入力して、マーキング制御部で随時パルス数に変換して制御を行ってもよい。また、上の例では距離Ｓを低速駆動と高速駆動の切り替えのための閾値としたが、閾値は複数設定されていても良いし、連続的に駆動速度を切替えても良い。
【００３３】
以上、本発明の第１の実施形態について説明したが、本発明の適用範囲は本実施例の記述に限定されるものではない。例えば、本実施例では圧力測定素子としてひずみによる抵抗値変化を圧力換算するフォースセンサを用いたが、ピエゾ素子のような圧電素子を用いて圧力測定を実施してもよい。しかしながら測定対象となる荷重が微小であることから、ピエゾ素子では十分な信号変化を検知することは困難と考えられ、フォースセンサを用いた構造の方が適していると考えられる。また、圧力測定箇所をアーム部とせずに昇降部に設けてもよい。ただし、微小針に圧力印加した場合にモーメントが発生し、測定箇所に印加された圧力とウェハ面に印加された圧力に乖離が生じるおそれがあることから、圧力測定精度の低下懸念に注意が必要である。
【実施例２】
【００３４】
以下、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例では、実施例１のマーキング機構を備えた欠陥レビュー装置にて、圧痕形状の調整を行う方法について説明する。クランク型マーキング機構を使用する上での課題として、ボールねじやガイド等の昇降部とアーム部とのなす角度、およびアーム部と微小針とのなす角度の調整が困難であることが挙げられる。すなわち、ウェハ面に対して微小針を垂直に押下し精緻な形状の圧痕を形成する為には、これらの角度（昇降部とアーム部、アーム部と微小針）が９０度となるように調整する必要がある。実際には、試料室の上蓋は真空排気により大気圧によって押し下げられ、若干下方へたわんでいるので、マーキング機構の調整のみでは微小針がウェハ面に対して垂直に押下される状態とすることは極めて困難となる。
【００３５】
そこで図４に示すθ調整機構４０１と、φ調整機構４０２の２方向の回転角調整機構を設け、マーキングを実施した結果に基づいて調整を行う方法を以下に示す。本実施例では、回転角調整機構を介して昇降動作がアームに伝達される。したがって、試料室の上蓋に対して昇降部の昇降動作の方向を傾斜させることができ、昇降方向の傾斜角度を調整することによってウェハと微小針との角度を垂直に調整することができる。言い換えれば、回転角調整機構は少なくとも微小針とアーム部とを一体に可動とすることで、試料と微小針とのなす角を調整することを可能としている。回転角調整機構はすり鉢状の球面を備えた機構であり、球面に沿って円弧上を動作するものである。また図示の都合上、θ調整機構４０１は紙面の左右方向、φ調整機構４０２は紙面に鉛直な方向の回転角を調整するものとする。
【００３６】
上記の回転角調整機構以外の方法でウェハと微小針との角度を調整することも可能である。例えば、試料室の上蓋上に支点を持つようなヒンジを有するステージを設け、マーキング機構を前記ステージの上に設置することで機構全体を傾斜させる方法が考えられる。また、球体関節をジョイント部に設け、ジョイント、アーム部、微小針を一体に可動とする方式としてもよい。但し、本実施例で調整しようとするウェハと微小針との角度は機械公差レベルであり、このような微調整に可動範囲の大きな球体関節を用いる場合は、調整作業が煩雑となる恐れがある。その他、ステージに傾斜機構を設けてウェハを傾けることでウェハと微小針との角度を調整することも可能である。しかしながら、ＳＥＭ観察中はこのウェハ傾斜は焦点のぼけを発生させることから避けるべきであり、また処理時間の短縮が求められるインラインの欠陥レビュー装置では、マーキング実施前にウェハ傾斜処理が入ることでスループット低下の懸念がある。以上のように、前記θ調整機構４０１、φ調整機構４０２を有する回転角調整機構は調整作業の容易さ、スループットへの影響という観点で、本発明を実施する手段として最適と考えられる。
【００３７】
図５はθ、φそれぞれの方向への傾きに対して、バーコビッチ圧子による圧痕形状と稜線の関係がどのようになるかを示した一例である。バーコビッチ圧子以外であっても以下の説明と同様の方法で回転角調整が可能である。
【００３８】
理想圧痕５０１は微小針とウェハ面が垂直な状態で接触した場合の圧痕形状である。理想圧痕５０１では圧痕形状はほぼ正多角形となり、また稜線の長さはほぼ均等となっている。理想圧痕５０１を基点に＋θ方向へ傾いた＋θ圧痕５０２、−θ方向へ傾いた−θ圧痕５０３、＋φ方向へ傾いた＋φ圧痕５０４、−φ方向へ傾いた−φ圧痕５０５がそれぞれ示されている。圧痕５０２〜５０５のいずれも圧痕形状がいずれか一方向に伸びていたり、稜線の長さが均等でなかったりしている。図５は模式的に示したものであるが、複数の種類の圧痕形状のテンプレート画像とそのときθおよびφ方向の調整に必要な角度とを関連付けて記憶装置に記憶しておき、回転角調整時に画面に表示するようにしてもよい。
【００３９】
次に、回転角調整機構を用いて圧痕形状を調整する具体例を示す。マーキング機構を欠陥レビュー装置へ取付けマーキングを試行したところ、−θ圧痕５０３のような圧痕形状が得られたとする。この場合、微小針とウェハ面のなす角が−θ側へ傾いているため、θ調整機構４０１を＋θ方向へ回転させることでθ方向の回転を解消し、理想圧痕５０１が得られるようになる。このように得られた圧痕の形状および稜線の状態から微小針の傾き方向を判別し、逆方向へ回転角調整機構にて調整することで理想圧痕５０１に圧痕形状を近づけることが可能である。ただし、実際にはウェハ自体の反りによりウェハ上の場所によって若干角度の変化が生じるおそれがあるため、複数個所で圧痕を形成しながら調整を行うことで、平均的に回転を解消できるように調整するとよい。オペレータがマニュアルで角度調整作業を行う場合には、調整前の状態で形成した圧痕の画像を表示部に表示し、オペレータはこれを見てどちらの方向に角度調整するかを判断する。このとき、上記のように典型的な圧痕形状をテンプレート画像としてハードディスクやメモリ等の記憶部に記憶しておき、調整前の条件で取得した圧痕画像と合わせて表示することで、オペレータはより簡単に調整を行うことができる。複数のテンプレート画像と調整前の条件で取得した圧痕画像との類似性を画像処理により判定し、類似性が高い画像を表示するようにしてもよい。
【００４０】
以上、本発明の第２の実施例について説明したが、上記に加えて自動調整を可能としてもよい。例えば、回転角調整機構を電気的に駆動させるようにし、ＳＥＭ像または光学顕微鏡像にて取得した圧痕の画像から圧痕形状、稜線方向、または稜線の長さを画像処理にて自動判別し、これらに基づいて試料と微小針を垂直にするために必要なθ、φの調整角度を決定し、θ調整機構４０１とφ調整機構４０２へフィードバックすればよい。当然圧痕形状、稜線方向、または稜線の長さのうち複数の組み合わせにより調整角度を決定してもよいし、複数の圧痕におけるこれらの量を演算することで調整角度を決定してもよい。より具体的には、微小針の打ち込み角度を変えて複数の圧痕を形成して、当該打ち込み角度に対する圧痕の形状、稜線の変化量を求めて、最適となる調整角度を自動計算すればよい。
【００４１】
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。
【００４２】
各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣカード、ＳＤカード、光ディスク等の記録媒体に置くことができる。
【００４３】
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
【符号の説明】
【００４４】
１０１：ＳＥＭ鏡体、１０２：試料室、１０３：ウェハ搬送部、１０４：光学顕微鏡、１０５：マーキング機構、１０６：制御部、１０７：ＳＥＭ制御部、１０８：ステージ制御部、１０９：光学顕微鏡制御部、１１０：マーキング機構制御部、１１１：ＡＤＲユニット、１１２：ＡＤＣユニット、１１３：通信部、
２０１：電子線、２０２：対物レンズ、２０３：ウェハ、２０４：ステージ、２０５：リターディング電圧、２０６：高さセンサ、２０７：ステッピングモータ、２０８：ボールねじ、２０９：ガイド、２１０：ジョイント、２１１：ベローズ、２１２：アーム、２１３：微小針、２２１：接地電位、
３０１：フォースセンサ、３０２：ホームポジションセンサ、
４０１：θ調整機構、４０２：φ調整機構、
５０１：理想圧痕、５０２：＋θ圧痕、５０３：−θ圧痕、５０４：＋φ圧痕、５０５：−φ圧痕
【図１】
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【図２−Ａ】
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【図２−Ｂ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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