(57)【要約】      （修正有）【課題】試料上の異物あるいは欠陥の組成を正確に分析する。【解決手段】電子線照射によって試料から発生された二次電子を検出する二次電子検出器と、二次電子検出器の出力に基づいて試料像を形成する試料像形成部と、電子線照射によって試料から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器とを備え、試料表面に存在する異物／欠陥に電子線を照射したとき発生されるＸ線を前記Ｘ線検出器で検出することによって異物／欠陥の元素分析を行う電子線分析装置において、異物あるいは欠陥３７の形状を抽出し、その形状の内部に電子線照射領域３８を設定する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線源と、前記電子線源から発生された電子線を試料上で走査する電子線偏向器と、前記電子線偏向器を制御する制御部と、電子線照射によって試料から発生された二次電子を検出する二次電子検出器と、前記二次電子検出器の出力に基づいて試料像を形成する試料像形成部と、電子線照射によって試料から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器とを備え、試料表面に存在する異物／欠陥に電子線を照射したとき発生されるＸ線を前記Ｘ線検出器で検出することによって異物／欠陥の元素分析を行う電子線分析装置において、
電子線を照射すべき異物／欠陥の形状を認識する形状認識部を備え、前記制御部は、前記異物／欠陥形状認識部によって認識した前記異物／欠陥の形状内に電子線を照射するように前記電子線偏向器を制御することを特徴とする電子線分析装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線分析装置において、前記形状認識部は、前記試料像形成部によって形成した前記異物／欠陥の画像と異物／欠陥を含まない参照画像とを比較することにより前記異物／欠陥の形状を認識することを特徴とする電子線分析装置。
【請求項３】
請求項１記載の電子線分析装置において、前記制御部は、前記異物／欠陥形状認識部によって認識した異物／欠陥の輪郭線から所定距離だけ内側の領域に電子線を照射するように前記電子線偏向器を制御することを特徴とする電子線分析装置。
【請求項４】
請求項１記載の電子線分析装置において、前記制御部は、前記異物／欠陥に電子線を照射したとき特性Ｘ線が発生される特性Ｘ線励起領域が前記異物／欠陥形状認識部によって認識した異物／欠陥の輪郭線の内部に納まるように電子線照射領域を設定し前記電子線偏向器を制御することを特徴とする電子線分析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハなどの試料上の異物や欠陥について表面観察や元素分析を行う電子線分析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
試料に電子線などの励起源を照射し、この照射によって試料から発生する特性Ｘ線等を検出することにより、試料の元素分析をおこなうＸ線元素分析が知られており、この技術は半導体ウェーハ上の異物及び欠陥の組成分析に利用されている。この異物及び欠陥のＸ線元素分析においては、ウェーハ上の多くの異物及び欠陥を効率よく分析するために、異物及び欠陥検査装置で予め測定された異物及び欠陥の位置、サイズなどのデータを含む検査データを基に、異物及び欠陥を分析装置の分析位置に移動した後に、電子線を適切に照射する必要がある。
【０００３】
この電子線の照射方法に関連する技術として、特開平９−２８３５８２号公報には、円形の断面形状を持つ電子線を照射する異物自動分析装置において、予め測定した異物のサイズデータを基に、異物から明確に元素情報を得るのに十分な電子線径を指定し、指定した径に電子線の縮小率を調整して電子線を照射して分析する方法が開示されている。また、他の手法として、前記公報には、異物領域が含まれる矩形領域を９つ程度の微小領域に分割してその微小領域毎に分析を行い、着目している元素信号が検出された微小領域の分析信号だけを積算する方法が開示されている。
【特許文献１】
特開平９−２８３５８２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、一般に異物や欠陥の形状は円形に限らず、様々な形状の異物や欠陥が存在する。円形断面を持つ電子線照射による元素分析では、異物や欠陥の形状が円形と異なる場合には異物や欠陥以外の領域にも電子線が照射される。そのため、異物や欠陥周辺に存在する元素からの特性Ｘ線が励起されることで、異物あるいは欠陥から励起された特性Ｘ線の信号のＳ／Ｎ比が悪化するという問題があった。
【０００５】
また一方で、半導体ウェーハ上の異物や欠陥は複数の元素で構成される場合があるが、構成する元素を予め明確に知ることは困難である。このため、着目する元素が検出された信号のみを選択的に分析する方法では、得られるデータが特定の元素に制限されるため、異物や欠陥に含まれる元素を明確に知ることが出来なかった。加えて、着目する元素が半導体ウェーハ中に含有する元素と同じ場合、異物や欠陥とウェーハの分析データを弁別することは困難であった。
【０００６】
そこで、本発明では前記した従来の電子線分析装置の問題点を解決し、半導体ウェーハ等の試料上の異物あるいは欠陥の元素分析を正確に行う電子線分析装置を提供することを目的とする。なお、本明細書では、異物あるいは欠陥のことを異物／欠陥と表記する。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明による電子線分析装置は、電子線源と、電子線源から発生された電子線を試料上で走査する電子線偏向器と、電子線偏向器を制御する制御部と、電子線照射によって試料から発生された二次電子を検出する二次電子検出器と、二次電子検出器の出力に基づいて試料像を形成する試料像形成部と、電子線照射によって試料から発生されたＸ線を検出するＸ線検出器とを備え、試料表面に存在する異物／欠陥に電子線を照射したとき発生されるＸ線を前記Ｘ線検出器で検出することによって異物／欠陥の元素分析を行う電子線分析装置において、電子線を照射すべき異物／欠陥の形状を認識する形状認識部を備え、制御部は、異物／欠陥形状認識部によって認識した異物／欠陥の形状内に電子線を照射するように前記電子線偏向器を制御することを特徴とする。形状認識部は、試料像形成部によって形成した異物／欠陥の画像と異物／欠陥を含まない参照画像とを比較することにより異物／欠陥の形状を認識する。
【０００８】
制御部は、異物／欠陥形状認識部によって認識した異物／欠陥の輪郭線から所定距離だけ内側の領域に電子線を照射するように電子線偏向器を制御するのが好ましい。異物／欠陥の輪郭線からどの程度の距離だけ内側の領域に電子線を照射するかは、一次電子線の加速電圧や試料を構成する材料に依存し、予め装置にデータとして記憶しておいて利用してもよいし、その都度オペレータが設定してもよい。
【０００９】
制御部は、また、異物／欠陥に電子線を照射したとき特性Ｘ線が発生される特性Ｘ線励起領域が異物／欠陥形状認識部によって認識した異物／欠陥の輪郭線の内部に納まるように電子線照射領域を設定し電子線偏向器を制御するようにしてもよい。電子線を照射する電子線照射領域と特性Ｘ線が励起される特性Ｘ線励起領域の関係は一次電子線の加速電圧や試料を構成する材料に依存するため、これらをパラメータとした値を装置に記憶しておいて利用してもよいし、オペレータが分析に当たって適宜設定するようにしてもよい。
本発明によると、異物／欠陥の形状内の領域に対して選択的に電子線を照射して元素分析を行うことで、異物／欠陥を構成する元素を正確に特定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明による電子線分析装置の一例の装置構成を示す図である。電子線分析装置１の鏡筒３内に設けられた電子銃２から放出された電子線４は、偏向器６を経て十分集束された状態で、試料室５内に収容された分析対象である半導体ウェーハ９に至る。電子線４がウェーハ９に照射されると、ウェーハ９からは二次電子と試料を構成している元素に対応した特性Ｘ線が発生する。この場合、演算装置１３からの指令により電子線制御装置７が偏向器６を制御し、偏向器は電子線４が試料上の所定の位置に照射されるように動作する。二次電子は二次電子検出器１４により検出され、二次電子検出器信号処理装置１５で処理される。偏向器６により電子線４を試料上に二次元的に走査して得られる二次電子信号を基に、演算装置１３が試料の表面形状像を合成して必要に応じて表示装置２３に出力する。また、この表面形状像は画像記憶装置１６に記録される。ステージ制御装置１０は演算装置１３からの指令により試料ステージ８の移動量を制御するが、この場合の制御は、異物／欠陥検査装置１９によって予め計測した検査データをもとに行うが、この検査データはハードディスク等の異物／欠陥位置記憶装置１８に一旦格納した後に、演算装置１３内に読み込み試料ステージの制御に用いる。
【００１１】
異物／欠陥形状自動認識装置１７は、中央制御装置２２の指令に従い、画像記憶装置１６から読み出した異物／欠陥画像と参照画像を基に異物／欠陥形状を自動的に決定する。この異物／欠陥形状に関するデータは、演算装置１３に送られて電子線制御装置７に用いられる。
【００１２】
電子線４の照射により試料から励起された特性Ｘ線は、Ｘ線検出器１１とＸ線検出器信号処理装置１２からなる元素分析装置により検出され、エネルギースペクトル等にデータ処理される。これらの分析データから、データ演算装置２０は異物／欠陥中の元素を特定する。この場合、データ演算装置２０は、予めデータ記憶装置２１に記録された各種元素に関する特性Ｘ線スペクトルデータを基に元素を特定する。これらの元素分析により得られた各異物／欠陥についての特性Ｘ線スペクトル、元素データは、データ記憶装置２１に記録される。
【００１３】
次に、図２を用いて異物／欠陥形状自動認識装置１７の機能概要を説明する。図２（ａ）は異物とその周辺を含む二次電子像を示し、図２（ｂ）は図２（ａ）と同じパターンを含みかつ異物を含まない参照画像を示す。図２（ａ）及び図２（ｂ）中の３１は異物を示し、３２はウェーハ上のパターンを示す。これらの画像は予め二次電子像を取得してメモリに記憶しておく。この２つの画像を用いて、例えばピクセル毎の輝度の差を基に、図２（ｃ）に示す異物形状３３が自動的に決定される。この異物形状データは演算装置１３に送信されて電子線４の制御に用いられ、また同時に画像記憶装置１６に記録される。
【００１４】
次に、図３のフローチャートを参照して、本発明における元素分析方法を説明する。本発明では、最初に、異物／欠陥検査装置１９によって予め測定した半導体ウェーハ９の被分析試料表面に付着する異物の位置データを読み込む（Ｓ１１）。次に、電子線分析装置１の観測中心位置に参照パターンの位置を合わせ（Ｓ１２）、参照パターンの二次電子像を取得して、得られた画像を画像記憶装置１６に記録する（Ｓ１３）。この場合、参照パターンは、参照対象となる異物／欠陥が存在する箇所のパターン位置を基に、その周辺に存在する同じパターンを演算装置１３で自動的に選択させても良いし、操作者が参照できるパターンを任意に選んでも良い。
【００１５】
次に、電子線分析装置１の観測中心位置に異物／欠陥の位置を合わせ（Ｓ１４）、異物／欠陥とその周辺の二次電子像を取得して、得られた画像をメモリに記録する（Ｓ１５）。ここで、電子線の加速電圧によっては、ウェーハ９の帯電の度合いにより二次電子像に像障害が発生することがある。そこで、異物／欠陥とその周辺の二次電子像を取得する際には、操作者がウェーハ９に合わせて電子線４の加速電圧を任意に選んで良い。
【００１６】
次に、画像記憶装置１６に保存された異物／欠陥画像と参照画像を基に、異物／欠陥形状を認識して画像記憶装置１６に保存する（Ｓ１６）。次に、電子線制御装置７とステージ制御装置１０により、ステップ１６にて認識した異物／欠陥形状の領域に電子線４を照射して元素分析を行う（Ｓ１７）。以上のステップ１２〜ステップ１７までの工程を分析対象となる全ての異物／欠陥に対して行う（Ｓ１８）。
【００１７】
この場合、ステップ１７における電子線照射方法に関しては、異物／欠陥形状の輪郭に合わせて照射しても良い。この方法について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は図３のステップ１６で認識した異物３４の形状を表す。図４（ｂ）は、認識した異物３４の輪郭に合わせて電子線４を線状に走査する例を示す。図４（ｂ）において、３５は電子線走査形状を表す。異物３４の全体を一回走査し終わったら、最初に電子線を照射した位置から再び同じように電子線を照射して走査する。この過程を、十分なＸ線収量が得られるまで繰り返す。この電子線照射方法においては、異物の形状に対して忠実に電子線４を照射できるので、高い精度で元素分析が行える。
【００１８】
また別の電子線照射方法として、異物／欠陥形状の領域に含まれかつ異物／欠陥の大きさに比べ十分小さい複数の格子に電子線照射領域を分割して、その格子状の領域に電子線４を照射して分析結果を積算しても良い。図４（ｃ）は、この方法の説明図である。まず、異物３４を含む領域を格子で分割する。次に、ある分割された格子状の領域３６に対して電子線４を３５で示すように走査する。元素分析を行うのに十分なＸ線収量が得られたら、他の格子状の領域３６に対して同じように電子線４を走査する。この様にして、全ての格子状の領域３６について電子線４を走査する。この電子線照射方法においては、それぞれの格子状の領域３６から得られた異物／欠陥の元素情報を別々に保存しておくことで、元素の位置分布解析、いわゆるＥＤＳマッピングを行うことも出来る。
【００１９】
この実施例のように、電子線４が異物／欠陥に照射されると、二次電子、反射電子、特性Ｘ線が発生し、これらの粒子及びＸ線が異物／欠陥内を伝播して電子線４の照射中心から離れた位置から二次的に特性Ｘ線が励起される。電子線４による特性Ｘ線の励起領域は電子線照射領域より広く、電子線照射領域からある程度離れた位置からでも十分な特性Ｘ線の強度が得られる。この十分に特性Ｘ線が発生する範囲は、電子線４のエネルギーや異物／欠陥の元素の種類に依存する。例として、５ｋＶに加速された電子線４をＳｉウェーハに照射した場合には、電子線４の照射位置から半径１００ｎｍの円内から十分な強度の特性Ｘ線が発生する。
【００２０】
そのため、照射領域よりも離れた位置に存在する元素（異物／欠陥とは無関係の元素）から励起された特性Ｘ線によって、異物／欠陥から励起された特性Ｘ線の信号のＳ／Ｎ比が悪化する場合がある。この対策として、特性Ｘ線の励起領域が図３のステップ１６で認識した異物／欠陥形状の領域になるような最適な電子線照射領域を決定して、その領域内部に電子線４を照射する方法が挙げられる。
【００２１】
図５は、この電子線照射領域の決定方法についての概略説明図である。図５の例において、異物３７の輪郭の内側に最適な電子線照射領域３８が設定されている。この場合、電子線照射中心から特性Ｘ線が励起される領域の半径を予め推定しておき、この半径の距離だけ異物／欠陥の輪郭より内側に電子線照射領域３８を設定する。図５の例においては、５ｋＶで加速した電子をＳｉウェーハ上へ照射した時に特性Ｘ線が励起される領域が半径約１００ｎｍであるため、異物３７の外形線の１００ｎｍ内側に最適な電子線照射領域３８を設定している。
【００２２】
この手法においては、最適な電子線照射領域３８を求める為に、電子線照射領域と特性Ｘ線が励起される領域の関係を知る必要がある。電子線照射によって特性Ｘ線が励起される範囲は、物質内での電子の拡散を計算できるモンテカルロシミュレーションにより求めることが出来る。ここでの電子線照射領域の決定方法は、シミュレーション結果から得られた特性Ｘ線の励起範囲あるいは操作者が推定した特性Ｘ線の励起範囲をもとに、演算装置１３あるいは異物／欠陥形状自動認識装置１７で自動的に行っても良いし、別の演算装置で自動的に行っても良い。この最適な電子線照射領域に電子線４を照射することで、特性Ｘ線の励起領域を異物／欠陥の領域に限定する事が可能になり、精度良く元素分析を行うことが出来る。また、異物／欠陥形状よりも狭い領域への電子線照射で十分精度よく元素分析が行えるため、照射領域を削減することにより元素分析に要する時間を短縮出来るという利点もある。
【００２３】
なお、ここで述べた実施例に留まらず、異物／欠陥の形状を認識して、その形状内部の指定した位置に電子線を照射して異物／欠陥の元素分析を行うことが可能な電子線分析装置であれば、そのための手段、装置構成がいかなる物であっても、本発明の本質を損なうこと無くこれを実施することが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によれば、異物／欠陥の形状に含まれる領域に対して選択的に電子線を照射して元素分析を行うことで、異物／欠陥を構成する元素を正確に特定することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子線分析装置の一例の装置構成を示す図。
【図２】異物／欠陥の形状認識方法の説明図。
【図３】本発明の元素分析方法を示すフローチャート。
【図４】電子線の照射形状の説明図。
【図５】最適なビーム照射領域の決定方法の説明図。
【符号の説明】
１…電子線分析装置、２…電子銃、３…電子線鏡筒、４…電子線、５…試料室、６…偏向器、７…電子線制御装置、８…試料ステージ、９…ウェーハ、１０…ステージ制御装置、１１…Ｘ線検出器、１２…Ｘ線検出器信号処理装置、１３…演算装置、１４…二次電子検出器、１５…二次電子検出器信号処理装置、１６…画像記憶装置、１７…異物／欠陥形状自動認識装置、１８…異物／欠陥位置記憶装置、１９…異物／欠陥検査装置、２０…データ演算装置、２１…データ記憶装置、２２…中央制御装置及び主記憶装置、２３…表示装置、３１…異物、３２…ウェーハ上のパターン、３３…異物形状、３４…異物、３５…電子線の走査形状、３６…格子状の領域、３７…異物、３８…最適な電子線照射領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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