JP2002139465A

JP2002139465A - 欠陥検査装置および該欠陥検査装置を用いたデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2002139465A
Application number: JP2000336175A
Authority: JP
Inventors: Muneki Hamashima; 宗樹浜島; Hiroshi Hirose; 寛広瀬; Kenji Watanabe; 賢治渡辺; Mamoru Nakasuji; 護中筋; Shinji Nomichi; 伸治野路; Toru Satake; 徹佐竹
Original assignee: Ebara Corp; Nikon Corp
Current assignee: Ebara Corp; Nikon Corp
Priority date: 2000-11-02
Filing date: 2000-11-02
Publication date: 2002-05-17

Abstract

(57)【要約】【課題】大きなビーム形状が得られる電子源を用い
て試料表面を均一に照射して得られた二次電子信号から
検査用の画像を形成することにより、高スループットで
欠陥検出ができるようにする。【解決手段】電子源から放出された電子線を検査試料
上に照射し、該試料から放出される二次電子を検出する
ことにより試料の欠陥検出を行う欠陥検査装置におい
て、上記電子源の電子発生領域を検査試料の照射領域と
ほぼ同面積または光学的に共役面とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス製
造用のマスクパターン、あるいは半導体ウェーハに形成
されたパターン等（試料）に電子線を照射し、試料の照
射点から発生する二次電子を検出し、該二次電子の画像
信号から欠陥検出を行う欠陥検査装置に関し、とくに最
小線幅０．１μｍ以下のパターンが形成されたウェー
ハ、あるいはマスクの欠陥を高スループットでかつ高信
頼性で検出できる欠陥検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子線を半導体デバイス製造用のマスク
パターンあるいは半導体ウェーハ等の試料に照射し、試
料から放出される二次電子を検出し、その検出信号から
試料の欠陥を検出する装置は公知である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の欠陥検査装
置としてはＳＥＭ方式（走査型電子顕微鏡）を用いたも
のがあるが、該ＳＥＭ方式のものは、スポット径を約
０．１μｍ程度に細く絞った電子ビームを試料上に照射
および走査し、その試料から放出される二次電子を検出
し撮像するため、試料全体の走査に時間がかかり、検査
のスループットを上げられないという欠点があった。ま
た、ビームをスポット状に絞るＳＥＭ方式では空間電荷
効果のためにビーム電流を大きくすることができず検出
感度を上げられないという欠点があった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記従来の欠
点を解決すべくなされたもので、このため本発明は、電
子源から放出された電子線を検査試料上に照射し、該試
料から放出される二次電子を検出することにより試料の
欠陥検出を行う欠陥検査装置であって、前記電子源の電
子発生領域を検査試料の照射領域とほぼ同面積または光
学的に共役面としたことを特徴とする。

【０００５】これにより、従来使用されていたＳＥＭ方
式のビーム径よりも大きなビーム形状が得られる電子源
を用いて試料面を均一に照射して二次電子信号を検出
し、大きな照射領域の画像を生成することがて゛きるの
で、二次電子信号から画像を生成する回数を大幅に減少
させることができ、これによって高スループットの欠陥
検出を行うことができる。また、本発明では、従来のＳ
ＥＭ方式のようにビームを細く絞らないので、空間電荷
効果の影響が少なく、ビーム電流を上げることができ
る。

【０００６】また、本発明では、前記電子源から放出さ
れた電子ビームを上記検査試料表面上に垂直入射するた
めの偏向器を備えることができ、該偏向器は検査試料か
ら放出される二次電子を一次電子ビームより分離するＥ
ＸＢ分離器とすることができる。

【０００７】上記電子源は複数個の電子源を含むことが
でき、該複数個の電子源は所定間隔で行列配置されたも
のとすることができる。従来の単一ビームではビームの
中心で電流密度が高く、周辺部で電流密度が低いガウス
分布となるが、上記のように複数の電子源を所定間隔で
行列配置することにより、試料上の比較的大きな領域に
均一な強度のビームを容易に形成することができるの
で、高精度、高効率の検査が可能となる。また、１つの
電子源が配置されたものでは、ビームを視野領域にまで
拡大するための静電レンズや磁界レンズが必要となる
が、複数の電子源を配列した場合にはこれらのレンズが
不要となる利点がある。

【０００８】また、上記構成の欠陥検査装置を用いてプ
ロセス途中のウェーハの検査を行うデバイス製造方法に
適用することにより、高効率のデバイス製造が可能とな
る。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の好適な実施の形態
を添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施
の形態による欠陥検査装置を示す図である。同図におい
て１は電子源となる電界放出電子銃、３は陽極基板、５
は一次光学系の光軸、７は該電界放出電子源から放出さ
れたビームの成形および方向決めを行う静電レンズ、８
は一次光学系のビーム、９は一次光学系のビームを試料
方向に垂直入射させかつ二次電子を一次電子より分離す
る静電偏向器を含むＥＸＢ分離器、１１は偏向器、１３
は対物レンズとなる静電レンズ、１５は検査対象となる
試料、１７は二次光学系の光軸、１８は二次光学系のビ
ーム、１９、２１は二次電子を拡大する静電レンズ、２
３は二次電子を増倍するマイクロチャンネルプレート、
２５は電気信号を光信号にに変換できる二次光学系の検
出器、２７は光フィルター、２９は光信号を画像信号に
変換できるＣＣＤカメラである。なお、図中２０は二次
光学系の開口板、３０は鏡筒である。

【００１０】図示の装置において、基板陽極３に加速電
圧を印加することにより電子銃１から放出されたビーム
は、静電レンズ７によりビーム形状を成形され、また所
定角度でＥＸＢ分離器９に導かれる。ＥＸＢ分離器９
は、試料の法線（紙面の上方向）に垂直な平面内におい
て、電界と磁界とを直交させた構造となっており、電
界、磁界、電子のエネルギーの関係が一定条件を満たす
ときには電子を直進させ、それ以外のときには、これら
電界、磁界、電子のエネルギーの相互の関係により所定
方向に偏向させるようになっている。図示の装置では、
電子銃１からのビームを試料１５面に垂直に入射させ、
また試料からの二次電子を検出器２５方向に直進させる
ように設定されている。

【００１１】試料１５面から放出された二次電子は、静
電レンズ１３で拡大され、ＥＸＢ分離器９の中心面に結
像される。ＥＸＢ分離器９の電界および磁界は、二次電
子が直進できるように設定されているので、一次電子よ
り分離されてそのまま直進し、静電レンズ１９、２１で
拡大され、マイクロチャンネルプレート２３により所定
倍率に増幅された後、検出器２５のターゲットに結像さ
れる。検出器２５に入射した二次電子はそこで電気信号
を光信号に変換された後、光フィルター２７を通り、Ｃ
ＣＤカメラ２９で画像信号に変換され、さらに画像処理
された後、図示しない表示器へ画像表示される。

【００１２】しかして、図示例の装置では、上記電界放
出電子銃１として、図２に示すように、単一のＳｉ基板
３１に複数個の電界放出電子源３３を形成した電子銃を
使用している。該電子銃は、試料１５上の照射領域とほ
ぼ同面積のＳｉ基板３１に複数個の電界放出電子源３３
を所定間隔で行列配置するようにフォトリソグラフィー
技術を用いて一度に形成することができる。すなわち、
Ｓｉ基板３１上に設けた陽極基板３５に縦横所定間隔ａ
で電子放出穴３７を形成し、該陽極基板３５下側のＳｉ
基板３１にアンダーカットを形成して電子放出穴３７の
中央に位置するように電子放出尖端３９を形成し、陽極
基板３５と陰極基板３６との間に所定の電圧３８を印加
して電子放出穴３７より電子を引き出すようにしたもの
である。例えば、試料上の照射領域が２００μｍ×２０
０μｍであれば、一辺ｌ＝２１０μｍのＳｉ基板にｄ＝
５μｍ径の電子放出穴３７を形成して、複数の電子源３
３をａ＝２０μｍの間隔で形成した電子銃を用いる。

【００１３】このような、電子銃を図１の欠陥検査装置
に搭載し、電子銃１の陽極基板３に加速電圧を印加して
ビームを発生させ、該ビームの大きさを変えることなく
静電レンズ７およびＥＸＢ分離器９によりビーム８を試
料１５表面に垂直に入射させた後、ファラデーカップ１
０を用いてビーム総電流とビーム電流の面内均一性を測
定したところ、ビーム総電流は加速電圧１ｋＶで１μＡ
程度であり、また照射領域の全面に亘り±５％程度のビ
ーム電流の均一性が見られた。

【００１４】図３は、上記電子銃１を搭載した欠陥検査
装置を用いてウェーハを検査した時のＸＹステージの動
作を示している。すなわち、ＤＲＡＭウェーハ４１を搭
載したＸＹステージ４３は、まずウェーハの右上隅の照
射領域４５の２００μｍ×２００μｍを撮像した後、−
Ｙ方向に１９５μｍ移動し、次の２００μｍ×２００μ
ｍの撮像を行う。５μｍは画像と画像のオーバーラップ
分としてＸＹステージの移動誤差を許容できるようにし
た。また、ＸＹステージの移動中はウェーハ上へのチャ
ージアップを回避するためにビームのブランキングを行
った。このようにして、ウェーハ右隅上の検査領域４５
から開始し、矢印４２に沿って−Ｙ方向に１９５μｍず
つＸＹステージを移動しながら移動と撮像とを繰り返
し、ウェーハの右下隅まで検査を行った後、矢印４４に
沿って−Ｘ方向に１９５μｍ移動し、さらに矢印４６に
沿ってＹ方向に１９５μｍずつ移動しながら撮像し、こ
れを順次繰り返しながらウェーハの左下隅４７まで検査
を行い、ウェーハ検査領域全体の検査を行った。撮像さ
れた画像データはリアルタイムで欠陥の抽出、分類を行
った。

【００１５】このように、本発明装置を用いた検査で
は、大きな照射領域を一度に照射しながら検査を行うこ
とができるので、高スループットの検査が可能である。
なお、上記実施の形態では、二次電子の検出にマイクロ
チャンネルプレート２３と、検出器２５と、光フィルタ
ー２７と、ＣＣＤカメラ２９とを使用し、電界放出電子
銃１の各エミッター３３から放出された一次電子の入射
点から発生した二次電子を共通の検出器により検出して
いるが、他の実施の形態として、図１のマイクロチャン
ネルプレート２３と、検出器２５と、光フィルター２７
と、ＣＣＤカメラ２９の代わりに、二次電子の検出部に
電子銃１のエミッター３３の数に対応した二次電子検出
器群を設け、検査試料１５の照射面と二次電子検出器の
位置を互いに共役面とし、一つのエミッター３３からの
電子の入射点から放出した二次電子を二次電子検出器群
の対応する検出器にのみ入射するようにしてもよい。こ
の場合は、静電レンズ１３をマルチレンズより構成し、
各エミッター３３から放出されるビームを偏向器１１に
て走査し、試料１５から放出される二次電子を静電レン
ズ１３の対応する開口を通してそれぞれ対応する二次電
子検出器に導くように静電レンズ１３のマルチ開口の寸
法を調整する。

【００１６】図４は、本発明の欠陥検査装置の他の実施
の形態を示すもので、該実施の形態のものは、上記複数
の電子放出源３３を行列配列した電子銃（マイクロエミ
ッタアレイ）１を試料１５に対向した対物レンズ１３の
下側に取り付けもので、該電子銃１から放出された電子
ビームを直接試料表面に照射し、試料表面から放出され
た二次電子を、先の実施の形態と同様にして検出して試
料表面の画像を得るようにしたものである。該実施の形
態において電子銃１は、図示のように少なくとも左右一
対１ａ，１ｂ設け、試料表面の同一箇所を対称に照射す
る。これにより、試料１５表面の凹凸による陰影が画像
上に生じないようにする。このため、電子銃１ａ，１ｂ
の電子放出穴は、図示のように、電子ビーム８が光軸中
心に向けて斜め４５゜に放出されるように形成するか、
または図示鎖線のごとく電子銃自身を斜めに配置する。

【００１７】このように、電子銃１を対物レンズ１３に
直接取り付けることにより、一次光学系の静電レンズ７
やＥＸＢ分離器９等の部品が不要となり、装置を簡略化
しコンパクトにできる利点がある。

【００１８】図５は、本発明の半導体デバイス製造方法
の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程
は以下の各主工程を含む。（１）ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェ
ーハを準備するウェーハ準備工程）（ステップ１０）（２）露光に使用するマスクを制作するマスク製造工程
（又はマスクを準備するマスク準備工程）（ステップ１
１）（３）ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセ
ッシング工程。（ステップ１２）（４）ウェーハ上に形成されたチップを一個ずつ切り出
し、動作可能にするチップ組立て工程。（ステップ１
３）（５）完成したチップを検査する検査工程。（ステップ
１４）なお、これらの主工程はさらにいくつかのサブ工
程からなっている。

【００１９】これら主工程の中で、デバイスの性能に影
響を及ぼす主工程は、ウェーハプロセッシング工程であ
る。このウェーハプロセッシング工程では、設計された
回路パターンをウェーハ上に順次積層し、チップを多数
形成する。

【００２０】このウェーハプロセッシング工程は、以下
のサブ工程を含んでいる。（Ｉ）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部
を形成する金属膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤや
スパッタリング等を用いる）。（ＩＩ）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工
程。（ＩＩＩ）薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工する
ためにマスク（レクチル）を用いてレジストのパターン
を形成するリソグラフィー工程。（ＩＶ）レジストのパターンに従って薄膜層やウェーハ
基板加工するエッチング工程（例えばドライエッチング
等）（Ｖ）イオン・不純物注入拡散工程。（ＶＩ）レジスト剥離工程。（ＶＩＩ）加工されたウェーハを検査する検査工程。なお、ウェーハプロセッシング工程は、多層ウェーハの
場合には層数だけ繰り返し行い、デバイスを製造する。

【００２１】図６は、図５のウェーハプロセッシング工
程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャー
トである。このリソグラフィー工程は、以下の各工程を
含んでいる。（１）前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ
上にレジストをコートするレジスト塗布工程。（ステッ
プ２０）（２）レジストを露光する露光工程。（ステップ２１）（３）露光されたレジストを現像してレジストのパター
ンを得る現像工程。（ステップ２２）（４）現像されたレジストパターンを安定化させるため
のアニール工程。（ステップ２３）以上のデバイス製造工程、ウェーハプロセッシング工
程、リソグラフィー工程については、周知であるのでこ
れ以上の説明を省略する。

【００２２】上記（ＶＩＩ）の加工されたウェーハを検
査する検査工程に、本発明の欠陥検査装置を用いること
により、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、
スループットよく検査ができるので、全数検査が可能と
なり、製品の歩留まりを向上させ、欠陥製品の出荷を防
止することができる。

【００２３】なお、本発明による欠陥検査装置による検
査には、フォトマスクやレクチル、ウェーハ等（試料）
の欠陥検査や、線幅測定、合わせ精度測定、電位コント
ラスト測定等の各種検査や測定も含まれる。

【００２４】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば以下のよ
うな作用効果が得られる。１）従来使用されていたＳＥＭ方式のビーム径よりも大
きなビーム形状が得られる電子源を用いて試料表面を均
一に照射して二次電子信号を検出し、該二次電子信号か
ら画像を生成できるので、高スループットの欠陥検出が
できる。

【００２５】２）従来のＳＥＭ方式のようにビームをス
ポット状に絞らないので、空間電荷効果による影響が少
なく、ビーム電流を増加できるので検出感度を上げるこ
とができる。

【００２６】３）従来の単一ビームを使用するもので
は、電流密度がビーム中心で高く、周辺部で低いガウス
分布のビームとなるが、本発明装置では比較的大きな領
域に均一なビームを容易に形成できるので、より高精度
の検査が可能となる。

【００２７】４）電子源を試料に対向する対物レンズに
取り付けた場合は、一次光学系の静電レンズやＥＸＢ分
離器等の機器が不要となり、装置構成を著しく簡素化す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明による欠陥検査装置の実施の形態
を示す概略構成図である。

【図２】図２は本発明装置に使用される電界放出型電子
銃の構造を示す図で、同図（ａ）は斜視図、同図（ｂ）
は部分断面図である。

【図３】図３は本発明装置によるＤＲＡＭウェーハ検査
時のＸＹステージの移動手順を示す図である。

【図４】図４は本発明による欠陥検査装置の他の実施の
形態を示す部分構成図である。

【図５】図５はデバイス製造工程を示すフローチャート
である。

【図６】図６はリソグラフィー工程を示すフローチャー
トである。

【符号の説明】

１電子銃３陽極基板５光軸７静電レンズ９ＥＸＢ分離器１１偏向器１３対物レンズ１５試料１７光軸１９、２１静電レンズ２３マイクロチャンネルプレート２５検出器２９ＣＣＤカメラ３１Ｓｉ基板３３電界放出電子源３５陽極基板３７電子放出穴３９電子放出尖端４１ＤＲＡＭウェーハ４３ＸＹステージ４５、４７照射領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者広瀬寛東京都千代田区丸の内３丁目２番３号株式会社ニコン内 (72)発明者渡辺賢治東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者中筋護東京都大田区羽田旭町11番１号荏原マイスター株式会社内 (72)発明者野路伸治東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者佐竹徹東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 2G001 AA03 BA07 DA01 DA09 EA06 GA07 HA12 HA13 JA07 KA03 LA11 MA05 PA11 4M106 AA01 AA09 BA02 CA39 DB04 DB05 DB12 DB15 DB30 DJ04 DJ20 5C033 RR01 RR02 RR10

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子源から放出された電子線を検査試料
上に照射し、該試料から放出される二次電子を検出する
ことにより試料の欠陥検出を行う欠陥検査装置であっ
て、前記電子源の電子発生領域を検査試料の照射領域と
ほぼ同面積または光学的に共役面としたことを特徴とす
る欠陥検査装置。
【請求項２】請求項１記載の欠陥検査装置であって、
前記電子源から放出された電子ビームを前記検査試料表
面上に垂直入射させるための偏向器を備えたことを特徴
とする欠陥検査装置。
【請求項３】請求項１記載の欠陥検査装置であって、
前記電子源は複数個の電子源を含むことを特徴とする欠
陥検査装置。
【請求項４】請求項３記載の欠陥検査装置であって、
前記複数個の電子源からの二次電子を共通のまたは別々
の二次電子検出器に導くことを特徴とする欠陥検査装
置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれかの欠陥検査
装置を用いてプロセス途中のウェーハの検査を行うこと
を特徴とするデバイス製造方法。