JP2003077413A - 電子線装置及び該装置を用いた半導体デバイス製造方法 - Google Patents
電子線装置及び該装置を用いた半導体デバイス製造方法Info
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Abstract
向とTDI−CCD受光面配列の積算方向とを高精度で
整合させる。 【解決手段】電子重1から放出された複数の一次電子ビ
ームが、ステージ21上に載置された試料11に照射さ
れる。これにより、試料から二次電子12が放出され、
マイクロチャネルプレート(MCP)16に受け取ら
れ、シンチレータ17、リレー光学系18を介し、TD
I−CCD19において電気信号に変換される。MCP
16へ向かう電子ビームは、磁気レンズ15からの磁界
強度を調整することにより、適宜回転され、これによ
り、ステージの移動方向とTDI−CCD受光面配列の
積算方向とが一致される。TDI−CCDで得られた電
気信号は、処理されて画像表示部20において表示され
る。
Description
の高密度パターン等の形状観察及び欠陥検査等を高精度
かつ高信頼性で行うための電子線装置、及び、該電子線
装置を用いて、プロセス途中及び完了後の半導体デバイ
スのパターン検査を行うデバイス製造方法に関する。
ームを照射し、該試料の表面から生じる2次電子ビーム
をマイクロチャネルプレート(MCP)に結像させ、電
子を増倍させた後、シンチレータにより光に変換し、リ
レー光学系を経て、TDI−CCDにより電気信号に変
換し、その結果得られた電気信号に基づいて、試料表面
を表す連続した画像を形成して表示部に映し出すように
した写像投影型の電子線装置が知られている。なお、T
DI−CCDは、時間遅れ積算(Time Delay Integrati
on)型の電荷結合素子であり、TDI−CCDセンサは
ラインイメージセンサである。
投影型の電子線装置においては、電子ビームを試料上に
スキャンさせるために試料を載置したステージを移動さ
せているが、該ステージの移動方向を、TDI−CCD
配列の積算方向と精度よく一致させる必要がある。この
ため、従来例の電子線装置においては、該装置自体の製
造時に、ステージの移動方向がTDI−CCD配列の積
算方向と一致するように、装置を機械的に調整してい
る。しかしながら、電子線装置を機械的に調整する手法
では、近年の0.1μm以下の線幅を有する半導体ウエ
ハ等の形状観察や欠陥検出を行う場合に、必要な精度を
達成することが極めて困難であった。本発明は、このよ
うな従来例の問題点に鑑みてなされたものであり、その
目的は、写像投影型の電子線装置において、ステージの
移動方向とTDI−CCD配列の積算方向とのアライン
メントを、高精度に実現できるようにすることである。
ために、本発明に係る電子線装置においては、試料を載
置して移動させるステージと、複数の一次電子ビームを
走査しつつ試料に照射する電子照射部と、一次電子ビー
ムの照射により試料から放出された二次電子ビームを光
学的に処理する二次光学系と、二次光学系の出力を受け
取るマイクロチャネルプレートと、マイクロチャネルプ
レートの出力を受け取るシンチレータと、シンチレータ
の出力を受け取るリレー光学系と、リレー光学系からの
光信号を電気信号に変換するTDI−CCDと、TDI
−CCDからの電気信号を処理して画像を表示する画像
表示部とを含み、二次光学系は、マイクロチャネルプレ
ートへ向かう電子ビームを回転させることにより、ステ
ージの移動方向とTDI−CCD配列の積算方向とを一
致させるための磁気レンズを含んでいる写像型の電子線
装置であることを特徴としている。
て、磁気レンズは、二次光学系に含まれるウイーンフィ
ルタとマイクロチャネルプレートとの間に配置されてい
ることが好ましいく、このとき、磁気レンズは、マイク
ロチャネルプレートに最も近いクロスオーバー位置、も
しくは、二次光学系に含まれる静電レンズ系の最終段に
最も近い結像位置に配置されていることが好ましい。
て、プロセス途中又は完了後の半導体デバイスを検査す
る工程を含んでいる半導体デバイス製造方法も提供す
る。
の電子線装置の第1の実施例を示しており、図1におい
て、1は電子銃であり複数の一次電子ビームを放出す
る。放出された各一次電子ビーム2は、レンズ3及び4
を介して、電極6及び磁石7からなるE×B偏向器すな
わちウィーンフィルタ8の偏向中心面にそれぞれ楕円状
に結像し、そして、ウィーンフィルタ8により偏向さ
れ、レンズ9及び10によって例えば1/5に縮小さ
れ、試料11の表面に照射される。このとき、偏向器5
により、複数の一次電子ビーム2は、同時に、図面と直
交する方向にスキャンされ、一方、試料11を載置した
ステージ21は、+a(又は−a)方向に連続的に移動
され、これにより、全体として、試料11の表面の矩形
領域に均一に電子ビームが照射される。
の移動により、試料11の検査領域のa方向端部に一次
電子ビーム2が到達したとき、該電子ビーム2のスキャ
ン幅だけ、該スキャン方向(図面と直交する方向)にス
テージ21はステップ移動され、そして、その後、前回
とは逆の−a(又は+a)方向にステージ21が連続移
動される。このようなステージ21の移動及び偏向器5
による一次電子ビーム2の走査を繰り返すことにより、
試料11の検査領域全体に電子ビームが均一に照射され
る。
により、それぞれの照射点から二次電子12を放出す
る。放出された二次電子12は、レンズ10、9、1
3、及び14により拡大され、磁気レンズ15におい
て、TDI−CCD19の受光面の配列方向と試料11
の連続移動方向aとの角度補正が行われる。この角度補
正については、以降で詳細に説明する。角度補正が行わ
れた二次電子は、マイクロチャネルプレート(MCP)
16上に全体として矩形画像を結像する。この二次電子
は、MCP16によって、1万〜数万倍に増感され、シ
ンチレータすなわち蛍光部17によって光に変換され、
リレー光学系18を経て、TDI−CCD19におい
て、試料の連続移動速度に同期した電気信号となり、画
像表示部20において、連続した画像として表示され
る。
だけ均一にかつ照射むらを少なくして、例えば、矩形又
は楕円状に照射されるように調整する必要がある。ま
た、スループットを向上させるためには、より大きな照
射電流で検査領域を照射する必要がある。これは、照射
電流が多くなれば、その分、ステージの移動速度を増大
させることができ、これにより、スループットが上昇す
るためである。なお、従来の電子線装置においては、1
つの電子ビームを用いて検査領域を走査しているため、
電子ビームの照射むらが±10%程度あり、また、電子
ビームの照射電流は500nA程度で少ないため、高ス
ループットが得られないという問題があった。また、走
査型電子顕微鏡(SEM)方式に比べて、写像投影型の
電子線装置は、広い画像観察領域を一括して電子線照射
するために、チャージアップによる結像障害が生じやす
いと言う問題があった。これに対して、本発明の方式に
おいては、複数の電子ビームを試料上に走査して照射し
ているので、1本の電子ビームを用いている従来の電子
線装置に比べて、照射むらを、例えば1/3程度にまで
減少させることができ、また、照射電流は、8本の電子
ビームを用いる場合、試料表面で全体として、従来例の
3倍以上を得ることができる。また、電子線の本数を増
やすことにより、スループットをさらに向上させること
ができる。
置には、レンズの他に、NA絞り及び視野絞り等の各種
の絞り、電子ビームの軸調整のための4極又はそれ以上
の極を備えた偏向器(アライナー)、非点収差補正器
(スティグメータ)、並びに、ビーム形状を整形する複
数の4重極レンズ(4極子レンズ)等の、電子ビームの
照明及び結像に必要なユニットを備えている。
15の構成及び動作原理について説明する。図2の
(A)及び(B)はそれぞれ、磁気レンズ15の平面図
及び断面図であり、図示のように、磁気レンズ15は、
中央に円状開口部を有する円形の2つのポールピース
(極部材)22によって形成されている。ポールピース
22の開口部を二次電子12が通過すると、該ポールピ
ース22により生成された磁界が該二次電子12に印加
され、それによって、二次電子12は、光軸に対して矢
印23の方向に回転させられる。このときの二次電子の
回転量は、ポールピース22によって二次電子12に印
加される磁界の強度を大きくするに連れて、大きくな
る。
ンズ14とMCP16との間に配置し、磁気レンズ15
が発生する磁界の強度を調整することにより、試料11
から放出された二次電子ビーム12がMCP16上に結
像したときの画像を、回転させることができる。したが
って、磁気レンズ15の磁界強度を調整することによ
り、ステージ21上の試料11を電子ビームで走査する
ときの試料の連続移動方向(すなわち、ステージの移動
方向a)とTDI−CCD19の受光面配列方向の積算
方向とを一致させることができる。また、レンズ14を
静電型レンズ系の最終段レンズとして形成した場合、磁
気レンズ15の磁界強度の調整により、静電型レンズ系
に対して、該レンズ系の倍率を変えてしまったり、収差
や歪みを生じさせてしまったり等の影響を与えることが
なく、二次電子ビームの回転すなわち結像画像の回転を
行うことができる。
ストを行った。実機テストにおいては、まず、試料11
の連続移動方向aとTDI−CCD19の受光面配列の
積算方向とを、機械的に精度±1度に調整し、その後、
磁気レンズ15の磁界強度を種々に変化させて、二次電
子ビームの回転角度を測定した。この実機テストによ
り、二次電子ビーム12の回転を精度±1分以内の角度
で行うことができるという結果が得られた。
列の積算方向の段数を512とし、かつ1段のサイズが
1ピクセルサイズと等しい場合、512段進んで1/1
0ピクセルサイズのずれが許容範囲であると仮定する
と、1段当たりの角度精度は、 角度精度<1/10×(ピクセルサイズ)/512×
(ピクセルサイズ) =1/5120 ≒2×10-4ラジアン ≒0.011度 ≒0.7分 が得られる。したがって、実機テストにおいて得られた
±1分以内の二次電子ビーム12の回転角度はほぼ上記
例の角度精度に匹敵し、したがって、本発明によれば、
極めて高精度で、二次電子ビームをTDI−CCD19
の受光面配列の積算方向に一致させることができること
が分かる。
段レンズ14とMCP16との間に配置する場合、図3
に示したように、該磁気レンズ15は、クロスオーバー
位置31に配置することが好ましい。これにより、写像
投影系の合焦条件に与える影響が無視し得る程度の状態
で、磁気レンズ15の二次電子ビームに対する回転作用
を利用することができる。磁気レンズ15は、また、図
4に示されるように、最終段レンズ14に関してMCP
16とは反対側に配置することも可能である。この場
合、磁気レンズ15は、レンズ14に最も近い結像位置
41に配置されることが好ましい。結像位置41は、試
料11の表面及びMCP16の二次電子ビーム入射面と
共役の位置であり、磁気レンズ15の回転作用以外のい
かなるレンズ作用も働かない位置である。このため、磁
気レンズ15が発生する磁界強度を変化させても、試料
11の連続移動方向aとTDI−CCD19の受光面配
列の積算方向との間の角度に影響を与えるだけである。
したがって、写像投影系の静電型レンズ系に収差や歪み
等の影響を及ぼすことなく、試料11の連続移動方向と
TDI−CCD19の受光面の段数方向とのずれを容易
に補正することができる。
実施例を示す概略図である。該第2の実施例は、図1に
示した第1の実施例に、開口絞り101及びNA絞り1
02を追加し、かつ第1の実施例からレンズ10を削除
したものである。なお、開口絞り101を設けたことに
より、電子銃1の構成が第1の実施例のものとは相違し
ている。この第2の実施例においては、4本の一次電子
ビーム201〜204は各々、開口絞り101で整形さ
れ、2段のレンズ3及び4によりウイーンフィルタ8の
偏向中心面に10μm×12μmの楕円状に結像され、
偏向器5により図面に直交する方向にラスタスキャンさ
れることにより、全体として、1mm×0.25mmの
矩形領域(ウイーンフィルタ8の偏向中心面上)を均一
にカバーするよう結像される。その後、一次電子ビーム
は、ウイーンフィルタ8によって偏向され、NA絞り1
02でクロスオーバーを結び、レンズ9で例えば1/5
に縮小され、試料11の200μm×50μmをカバー
するように、試料11にほぼ垂直に照射される。
放出された二次電子ビームは、第1の実施例に関連して
説明したように、磁気レンズ15よって試料11の連続
移動方向とTDI−CCD19の段数方向すなわち配列
方向との角度補正が行われ、MCP16上に拡大投影像
302として結像する。拡大投影像302は、MCP1
6で1万倍に増感され、蛍光部17により光に変換さ
れ、TDI−CCD19において電気信号に変換され、
画像表示部20において画像として処理され、画像表示
部20に出力される。第2の実施例においても、磁気レ
ンズ15は、図3及び図4に示したいずれかの位置に配
置することが好適である。
ビーム2を構成する4本のビーム201〜204それぞ
れの試料11上の走査方法を示している。それぞれのビ
ーム201〜204は2μm×2.4μmの楕円形状を
しており、それぞれが200μm×12.5μmの矩形
領域をラスタスキャンし、それらが重なり合わないよう
に足し合わせて4本のビーム全体として、200μm×
50μmの矩形領域を走査する。ビーム201は、位置
201から位置201’に有限の時間で到達した後、実
質的な時間損失無しに、ビームスポットの径(10μ
m)だけずれた、位置201の真下(−a方向)に戻
り、前回の走査ラインの真下を前回と同様に走査する。
これを繰り返して、図の200μm×12.5μmの領
域(図中の全体領域の1/4)を走査し、かつ、再度位
置201に戻って、再度1/4領域を走査する。他のビ
ーム202〜204もビーム201と同様に、それぞれ
に対応する1/4領域を高速で数回走査する。これによ
り、4つのビーム全体として、200μm×50μmの
領域を均一にかつ高速に照射することができる。
上記のようなラスタスキャンである必要が無く、例え
ば、リサージュ形を描くように走査してもよい。この場
合、ステージの移動方向は図6に示すa方向である必要
はない。このように4本のビームを用いて走査した結
果、電子ビームの照射むらを±3%程度に押さえること
ができた。これは、高速で数回領域を走査したこと、及
びステージの移動方向に積算された結果である。また、
ビーム1本当たりの照射電流は250μAであり、4本
のビームで1.0μAを得ることができた。これは、従
来例の2倍に相当する。ビーム本数をさらに増やすこと
により、照射電流を増加できるので、走査速度を上げる
ことができ、よって、スループットを向上させることが
できる。さらに、照射点の面積が従来例と比べて1/8
0程度に小さく、また照射点が高速で移動するので、チ
ャージアップを従来例の1/20以下に押さえることが
できた。
いても、第1の実施例と同様に、レンズの他に、制限視
野絞り、電子ビームの軸調整のための4極又はそれ以上
の極数の偏向器(アナライナー)、非点収差補正器(ス
ティグメータ)、ビーム形状を整形する複数の4重極レ
ンズ(4極子レンズ)等の、電子ビームの照明及び結像
に必要なユニットを備えている。
ムをラスタスキャンすることにより、1mm×0.25
mmの矩形領域をカバーする例について説明したが、そ
の代わりに、0.5mm×0.125mm、1mm×
0.25mm、及び2mm×50mmの3段階の大きさ
の矩形領域を均一にカバーできるようにしてもよい。こ
の場合、試料11上の、100μm×25μm、200
μm×50μm、400μm×100μmの矩形領域を
カバーすることができる。また、MCP16による二次
電子ビームの増感は、MCP16への印加電圧を調整す
ることにより、2000〜2万倍の倍率から選択するこ
ともできる。
例において、図示していないが、情報処理部をTDI−
CCD19の後段に設け、該情報処理部により、TDI
−CCD19で得られた画像情報を、複数のセル画像の
比較、及び/又は複数のダイ画像の比較を行うことによ
り、試料表面の欠陥を検出し、検出された欠陥の形状等
の特徴と位置座標、数を判定し、画像表示部に表示する
こともできる。また、試料11である半導体基板の酸化
膜や窒化膜の表面構造が個々に相違している場合、又は
加工工程が個々に異なっている場合、相違するそれぞれ
の試料毎に適切な照射条件を設定し、これにより得られ
た画像を画像表示部20に表示して、欠陥を検出すれば
よい。
ついて説明する。本発明の半導体デバイス製造方法は、
上記した電子線装置を用いて、図7及び図8を参照して
以下に説明する半導体デバイス製造方法において実行さ
れるものである。半導体デバイス製造方法は、図7に示
すように、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ
製造工程S1、ウエハに必要な加工処理を行うウエハ・
プロセッシング工程S2、露光に必要なマスクを製造す
るマスク製造工程S3、ウエハ上に形成されたチップを
1個づつに切り出し、動作可能にするすチップ組立工程
S4、及び完成したチップを検査するチップ検査工程S
5によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾
つかのサブ工程を含んでいる。
造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウエハ・プロセッシ
ング工程S2である。この工程において、設計された回
路パターンをウエハ上に形成し、かつ、メモリやMPU
として動作するチップを多数形成する。このように半導
体デバイスの製造に影響を及ぼすウエハ・プロセッシン
グ工程S2において加工されたウエハの加工状態を評価
することが重要であり、該工程S2は、以下のサブ工程
を含んでいる。
るいは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成
工程(CVDやスパッタリングを用いる) 2.この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程 3.薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためのマ
スク(レクチル)を用いてレジスト・パターンを形成す
るリソグラフィ工程 4.レジスト・パターンに従って薄膜層や基板を加工す
るエッチング工程(例えば、ドライ・エッチング技術を
用いる) 5.イオン・不純物注入拡散工程 6.レジスト剥離工程 7.加工されたウエハを検査するウエハ検査工程。 なお、ウエハ・プロセッシング工程S2のサブ工程は、
必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程S4に
おいてチップ毎に分離される前のウエハが形成される。
程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフローチャ
ートである。図8に示したように、リソグラフィ工程
は、レジスト塗布工程S21、露光工程S22、現像工
程S23、及びアニール工程S24を含んでいる。レジ
スト塗布工程S21において、CVDやスパッタリング
を用いて回路パターンが形成されたウエハ上にレジスト
を塗布し、露光工程S22において、塗布されたレジス
トを露光する。そして、現像工程S23において、露光
されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、ア
ニール工程S24において、現像されたレジスト・パタ
ーンをアニールして安定化させる。これら工程S21〜
S24は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
は、図1〜図6に関連して説明した電子線装置を用い
て、加工途中の工程(ウエハ検査工程)のみならず、完
成したチップを検査するチップ検査工程S5において用
いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイ
スであっても、歪み、ぼけ等が低減された画像を得るこ
とができるので、ウエハの欠陥を確実に検出することが
できる。
電子的調整によって、試料の走査方向とTDI−CCD
の受光面配列の積算方向とを一致させているので、機械
的に調整する場合と対比して、容易にしかも高精度で一
致させることができる。したがって、これら方向の不一
致に起因する画像のぼけを排除又は最小化することがで
き、0.1ミクロン以下という優れた分解能の下で、信
頼性の高い形状観察や欠陥検査が可能となる。また、本
発明においては、試料に対する走査の方向とTDI−C
CD受光面配列の積算方向との不一致に起因する画像ぼ
けが少ないため、多数段のTDI−CCDを使用するこ
とが可能となり、よって、より一層高感度の電子線装置
を提供することができ、また、高スループットも実現す
ることができる。
概略図である。
ズの構成及び動作原理を説明するための平面図及び断面
図である。
ズの好適な配置位置の一例を示す説明図である。
ズの好適な配置位置の他の例を示す説明図である。
概略図である。
る電子ビームの走査を説明するための図である。
チャートである。
をなすリソグラフィ工程を示すフローチャートである。
5…偏向器 6…電極 7…磁石 8…ウイーンフィルタ
9,10…レンズ 11…試料 12…二次電子ビーム 13,14…
レンズ 15…磁気レンズ 16…MCP 17…蛍光部
18…リレー光学系 19…TDI−CCD 20…画像表示部 21…
ステージ 101…開口絞り 102…NA絞り 201〜20
2…一次電子ビーム 301…試料像 302…拡大投影像
Claims (4)
- 【請求項1】 電子線装置において、 試料を載置して移動させるステージと、 複数の一次電子ビームを走査しつつ試料に照射する電子
照射部と、 一次電子ビームの照射により試料から放出された二次電
子ビームを光学的に処理する二次光学系と、 二次光学系の出力を受け取るマイクロチャネルプレート
と、 マイクロチャネルプレートの出力を受け取るシンチレー
タと、 シンチレータの出力を受け取るリレー光学系と、 リレー光学系からの光信号を電気信号に変換するTDI
−CCDと、 TDI−CCDからの電気信号を処理して画像を表示す
る画像表示部とを含み、 二次光学系は、マイクロチャネルプレートへ向かう電子
ビームを回転させることにより、ステージの移動方向と
TDI−CCD受光面配列の積算方向とを一致させるた
めの磁気レンズを含んでいることを特徴とする写像投影
型の電子線装置。 - 【請求項2】 請求項1記載の電子線装置において、磁
気レンズは、二次光学系に含まれるウイーンフィルタと
マイクロチャネルプレートとの間に配置されていること
を特徴とする電子線装置。 - 【請求項3】 請求項2記載の電子線装置において、磁
気レンズは、マイクロチャネルプレートに最も近いクロ
スオーバー位置、もしくは、二次光学系に含まれる静電
レンズ系の最終段に最も近い結像位置に配置されている
ことを特徴とする電子線装置。 - 【請求項4】 半導体デバイスを製造する方法におい
て、請求項1〜3いずれかに記載の電子線装置を用い
て、プロセス途中又は完了後の半導体デバイスを検査す
る工程を含んでいる半導体デバイス製造方法。
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