JP2003208864A

JP2003208864A - 電子線検査装置及びデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2003208864A
Application number: JP2002006971A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋; Toru Satake; 徹佐竹; Takao Kato; 隆男加藤
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-01-16
Filing date: 2002-01-16
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】電子線を使用して試料表面の画像を検出する
検出装置において、電子線を使用しないアライメントを
可能にする。【解決手段】本発明の試料表面の微細形状を評価する
検査装置は、試料１へ電子線を照射する一次光学系及び
試料から放出される電子線を検出する検出系を含む電子
光学系、試料を支持し電子光学系に対し相対的に移動さ
せる可動ステージ、並びに試料の位置を所定精度で測定
可能な位置センサー２ａ、２ｂ、２ｃを備える。位置セ
ンサーから出力される位置信号に基き可動ステージが作
動され試料が電子光学系の基準位置に所定精度で一致さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に電子線を照
射し、試料から生じる二次電子線を検出し処理すること
により試料表面の微細形状のＳＥＭ（Scanning Electro
n Microscope；走査電子顕微鏡）画像を取得し評価を行
う検査装置のレジストレーション（registration:位置
決め）を簡略化する方法に関する。試料表面の微細形状
は、例えば最小線幅０．１μｍ以下の高密度パターンを
有する半導体ウエハ又はマスクである。また本発明は、
そのような検査装置を用いる半導体デバイスの製造方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡を用いて半導体ウエハ等
の検査対象（試料）を検査する検査装置は、公知であ
る。この検査装置は、細く絞った電子線を極めて間隔の
小さいラスタ幅でラスタ走査を行い、検査対象から放出
される二次電子を検出器で検出してＳＥＭ画像を形成
し、２つの異なる試料の対応する個所のＳＥＭ画像同志
を比較する等により試料の欠陥を検出する。

【０００３】電子光学系を備え、電子線を用いて半導体
ウエハ等の試料表面の微細形状を形成するリソグラフィ
装置では、電子光学系と試料との高精度の位置的整合、
即ちレジストレーションを必要とする。そのためリソグ
ラフィ装置の電子光学系を使用し、試料上のアライメン
トマーク（alignment mark）を検出して位置合わせする
方法、及び電子光学系の他に光学顕微鏡を備え、光学顕
微鏡を用いた広視野観察によるラフアライメント（概略
位置合わせ）、及びリソグラフィ装置の電子光学系を用
いたファインアライメント（高倍率位置合わせ）を行う
方法が実施されている。しかしながら検査装置ではこの
ような高精度のアライメントは必ずしも必要ではない。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ラフアライメント及び
ファインアライメントを行う場合、アライメントに時間
が掛かり、検査装置のスループット（時間当り処理量）
が小さいという問題があった。また電子光学系を使用し
てアライメントを行う場合、試料評価時と同程度又はそ
れ以上の多くの電子線照射量をウエハに与えることにな
り、ゲート酸化膜等を破壊するの恐れがあった。本発明
は、上記の問題を解決することを目的とする。それ故、
本発明は、電子線を使用せずにアライメントを行うこと
によりゲート酸化膜等を破壊することなくウエハの検査
を行うことのできる検査装置を提供することを目的とす
る。本発明の他の目的は、そのような検査装置を用いる
デバイス製造方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の試料表面の微細
形状を評価する検査装置は、試料へ電子線を照射する一
次光学系及び試料から放出される電子線を検出する検出
系を含む電子光学系、試料を支持し電子光学系に対し相
対的に移動させる可動ステージ、並びに試料の位置を所
定精度で測定可能な位置センサーを備える。位置センサ
ーは、電子光学系から所定距離だけ離間した位置に配置
され、位置センサーから出力される位置信号に基き可動
ステージを作動させて試料を電子光学系の基準位置に所
定精度で一致させる。検査装置は、試料が電子光学系の
基準位置に所定精度で一致した状態において電子光学系
により試料表面のＳＥＭ画像を取得し、取得されたＳＥ
Ｍ画像同志又は取得されたＳＥＭ画像と標準画像とをパ
ターンマッチングし比較評価する。

【０００６】本発明において、好ましくは、１つの試料
の１つの区画から取得したＳＥＭ画像と、異なる試料の
対応する区画とをパターンマッチングして比較評価す
る。また１つの試料の１つの区画から取得したＳＥＭ画
像と標準画像とをパターンマッチングして比較評価す
る。位置センサーは、静電容量を測定することにより試
料の位置を測定する。また本発明の検査装置は、画像の
平行移動、回転、倍率調整の内の少なくとも１つを行う
ことにより、ＳＥＭ画像と標準画像とをパターンマッチ
ングし比較評価する。

【０００７】本発明の試料表面の微細形状を評価する検
査装置は、試料へ電子線を照射する一次光学系及び試料
から放出される電子線を検出する検出系からなる電子光
学系、試料を支持し電子光学系に対し相対的に移動させ
る可動ステージ、並びに電子光学系から所定距離だけ離
間した位置に配置され且つ試料の位置を所定精度で測定
可能な位置センサーを備える。本発明の検査装置は、位
置センサーから出力される位置信号に基き可動ステージ
を作動させて試料を電子光学系の基準位置に所定精度で
一致させる。試料と基準位置が一致した状態において電
子光学系により試料表面のＳＥＭ画像を取得し、取得さ
れたＳＥＭ画像に基き試料表面の被評価領域と電子光学
系の視野との差を算出し、その差を偏向器により補正し
てＳＥＭ画像を取得する。

【０００８】本発明の検査装置は、画像の平行移動、回
転、倍率調整の内の少なくとも１つを行うことにより、
ＳＥＭ画像と標準画像とをパターンマッチングし比較評
価する。本発明のデバイス製造方法は、上記の検査装置
のいずれかを用いてプロセス途中のウエハの評価を行
う。

【０００９】

【発明の実施の形態】図５は、本発明を適用可能な検査
装置（電子光学系）１００を示す。図５において、電子
銃１０１の内部のカソード１０１ａから放出される電子
線は、コンデンサ・レンズ１０３によって集束されて点
１０５においてクロスオーバを形成する。コンデンサ・
レンズ１０３の下方には、複数の開口を有する第１のマ
ルチ開口板１０７が配置され、これによって複数の一次
電子線が形成される。第１のマルチ開口板１０７によっ
て形成された一次電子線のそれぞれは、縮小レンズ１０
９によって縮小されて点１１１に投影される。点１１１
で合焦した後、対物レンズ１１３によって試料１１５に
合焦される。第１のマルチ開口板１０７から出た複数の
一次電子線は、縮小レンズ１０９と対物レンズ１１３と
の間に配置された偏向器１１７により、同時に試料１１
５の面上を走査するよう偏向される。

【００１０】縮小レンズ１０９及び対物レンズ１１３の
像面湾曲収差の影響を無くすため、マルチ開口板１０７
は、円周上に複数の小開口が配置され、そのｙ方向へ投
影したものは等間隔となる構造となっている。電子銃１
０１、コンデンサ・レンズ１０３、第１マルチ開口板１
０７、偏向器１１７及び対物レンズ１１３等により光軸
３５を有する一次光学系３６が構成される。

【００１１】合焦された複数の一次電子線によって、試
料１１５の複数の点が照射され、照射されたこれらの複
数の点から放出された二次電子線は、対物レンズ１１３
の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器１１９で
偏向され、検出系３８に投入される。二次電子像は点１
１１より対物レンズ１１３に近い点１２１に焦点を結
ぶ。これは、各一次電子線は試料面上で５００ｅＶのエ
ネルギーを持っているのに対して、二次電子線は数ｅＶ
のエネルギーしか持っていないためである。

【００１２】検出系３８は拡大レンズ１２３、１２５を
有しており、これらの拡大レンズ１２３、１２５を通過
した二次電子線は第２マルチ開口板１２７の複数の開口
１２７ａを通って複数の検出器１２９に結像する。な
お、検出器１２９の前に配置される第２のマルチ開口板
１２７に形成された複数の開口１２７ａと、第１のマル
チ開口板１０７に形成された複数の開口１０７ａとは一
対一に対応する。

【００１３】それぞれの検出器１２９は、検出した二次
電子線を、その強度を表す電気信号へ変換する。こうし
た各検出器から出力された電気信号は増幅器１３１によ
ってそれぞれ増幅された後、画像処理部１３３によって
受信され、画像データへ変換される。画像処理部１３３
には、一次電子線を偏向させるための走査信号が更に供
給されるので、画像処理部１３３は試料１１５の面を表
す画像を表示する。この画像を標準パターンと比較する
ことにより、試料１１５の欠陥を検出することができ、
また、レジストレーションにより試料１１５を一次光学
系３６の光軸の近くへ移動させ、ラインスキャンするこ
とによって線幅評価信号を取り出し、これを適宜に校正
することにより、試料１１５上のパターンの線幅を測定
することができる。

【００１４】ここで、第１のマルチ開口板１０７の開口
を通過した一次電子線を試料１１５の面上に合焦させ、
試料１１５から放出された二次電子線を検出器１２９に
結像させる際、一次光学系で生じる歪み、像面湾曲及び
視野非点という３つの収差による影響を最小にするよう
に特に配慮する必要がある。

【００１５】次に、複数の一次電子線の間隔と、検出系
３８との関係については、一次電子線の間隔を、検出系
３８の収差よりも大きい距離だけ離せば複数のビーム間
のクロストークを無くすことができる。なお、図１で、
１２６は、円周上の一次ビームの照射点から放出された
二次電子のうち、直径上の２点のもので、試料面に垂直
方向に放出された二次電子の軌道を示す。これらの軌道
が光軸３９と交わる位置に絞り１２８を儲け、収差が試
料面換算で一次ビームのビーム間々隔の最小値より小さ
くなるようにした。また、図１で１１８は、ウェーハ上
のパターンの電位を測定すための軸対称電極である。

【００１６】次に、照射量の制御については、走査のフ
ライバック時に偏向器１３５でマルチビームを偏向しブ
ランキング用のナイフエッジ１３７でビームを遮断する
と同時に、このナイフエッジに吸収される電流を電流計
１３９で測定し、照射量算出回路１４１で単位面積当り
の照射量を算出する。この値はＣＰＵ１４３を通じて記
憶装置１４５で記憶する。

【００１７】さらに上記単位面積当りの照射量があらか
じめ決められた値以上になると、ＣＰＵ１４３からの指
令で電子銃制御電源１４７を介してウェーネルト電極１
０１ｂに与える電圧を下げてビーム電流を小さくして照
射量を下げる。また制御が追いつかず、単位面積当りの
照射量が、例えば３μｃ／ｃｍ2を超えて了った場合に
は該当する照射領域を出力手段１４９で出力するのみで
評価は続行する。

【００１８】図６は、本発明を適用可能な検査装置（主
に可動ステージ）７０を示す。本実施例において「真
空」とは当該技術分野において呼ばれる真空である。図
６の検査装置７０において、電子ビームを試料に向かっ
て照射する鏡筒７１の先端部即ち電子ビーム照射部７２
が真空チャンバＣを画成するハウジング８４に取り付け
られる。鏡筒７１の直下には、Ｙ方向（図６において紙
面に垂直な方向）の可動テーブル７５上にＸ方向（図６
において左右方向）に可動のＸテーブル７４を重ねた高
精度のＸＹステージ７３が配置される。Ｘテーブル７４
上に試料Ｓが配置される。試料Ｓは、ＸＹステージ７３
によって、鏡筒７１に対し正確に位置決めされ、鏡筒７
１からの電子ビームが試料表面の所定位置に照射され
る。

【００１９】ＸＹステージ７３の台座７６はハウジング
８４の底壁に固定され、Ｙ方向（図６において紙面に垂
直の方向）に移動するＹテーブル７５が台座７６の上に
載っている。Ｙテーブル７５の両側面（図６において左
右側面）には、台座７６に載置された一対のＹ方向ガイ
ド７７ａ及び７７ｂのＹテーブルに面した側に形成され
た凹溝内に突出する突部が形成される。その凹溝はＹ方
向ガイドのほぼ全長に亘ってＹ方向に伸びる。

【００２０】凹溝内に突出する突部の上、下面及び側面
には公知の構造の静圧軸受け８１ａ、７９ａ、８１ｂ、
７９ｂ、がそれぞれ設けられ、これらの静圧軸受けを介
して高圧ガスを吹き出すことにより、Ｙテーブル７５は
Ｙ方向ガイド７７ａ、７７ｂに対して非接触で支持さ
れ、Ｙ方向に円滑に往復運動できる。また、台座７６と
Ｙテーブル７５との間には、公知の構造のリニアモータ
８２が配置されており、Ｙ方向の駆動がリニアモータ８
２で行われる。Ｙテーブル７５には、高圧ガス供給用の
フレキシブル配管９２によって高圧ガスが供給され、Ｙ
テーブル内に形成されたガス通路（図示せず）を通じて
静圧軸受け７９ａ乃至８１ａ及び７９ｂ乃至８１ｂに対
して高圧ガスが供給される。静圧軸受けに供給された高
圧ガスは、Ｙ方向ガイドの対向する案内面との間に形成
された数ミクロンから数十ミクロンの隙間に噴出してＹ
テーブル７５を案内面に対してＸ方向とＺ方向（図６に
おいて上下方向）に正確に位置決めする役割を果たす。

【００２１】Ｙテーブル７５上にはＸテーブル７４がＸ
方向（図６において左右方向）に移動可能に載置され
る。Ｙテーブル７５上にはＹテーブル用のＹ方向ガイド
７７ａ、７７ｂと同じ構造の一対のＸ方向ガイド７８
ａ、７８ｂ（７８ａのみ図示）がＸテーブル７４を間に
挟んで設けられる。Ｘ方向ガイドのＸテーブル７４に面
した側にも凹溝が形成され、Ｘテーブルの側部（Ｘ方向
ガイドに面した側部）には凹溝内に突出する突部が形成
されている。その凹溝はＸ方向ガイドのほぼ全長に亘っ
て伸びている。凹溝内に突出するＸ方向テーブル７４の
突部の上、下面及び側面には前記静圧軸受け８１ａ、７
９ａ、８０ａ、８１ｂ、７９ｂ、８０ｂと同様の静圧軸
受け（図示せず）が同様の配置で設けられる。Ｙテーブ
ル７５とＸテーブル７４との間には、公知の構造のリニ
アモータ８３が配置されており、ＸテーブルのＸ方向の
駆動をそのリニアモータ８３で行うようにしている。

【００２２】Ｘテーブル７４にはフレキシブル配管９１
によって高圧ガスが供給され、静圧軸受けに高圧ガスを
供給する。この高圧ガスが静圧軸受けからＸ方向ガイド
の案内面に対して噴出されることによって、Ｘテーブル
７４がＹ方向ガイドに対して高精度に非接触で支持され
る。真空チャンバＣは公知の構造の真空ポンプ等に接続
された真空配管８９、９０ａ、９０ｂによって排気され
る。配管９０ａ、９０ｂの入口側（真空チャンバ内側）
は台座７６を貫通してその上面において、ＸＹステージ
７３から高圧ガスが排出される位置の近くで開口してお
り、真空チャンバ内の圧力が静圧軸受けから噴出される
高圧ガスにより上昇するのを極力防止している。

【００２３】鏡筒７１の先端部即ち電子ビーム照射部７
２の周囲には、差動排気機構９５が設けられ、真空チャ
ンバＣ内の圧力が高くても電子ビーム照射空間８７の圧
力が十分低くなるようにしてある。即ち、電子ビーム照
射部７２周囲に取り付けられた差動排気機構９５の環状
部材９６は、その下面（試料Ｓ側の面）と試料との間で
微少隙間（数ミクロンから数百ミクロン）１１０が形成
されるように、ハウジング９４に対して位置決めされて
おり、その下面には環状溝９７が形成されている。

【００２４】環状溝９７は、排気管９８により図示しな
い真空ポンプ等に接続されている。従って、微少隙間１
１０は環状溝９７及び排気口９８を介して排気され、真
空チャンバＣから環状部材９６によって囲まれた電子ビ
ーム照射空間８７内にガス分子が侵入しようとしても、
排気されてしまう。これにより、電子ビーム照射空間８
７内の圧力を低く保つことができ、電子ビームを問題な
く照射することができる。この環状溝は、チャンバ内の
圧力、電子ビーム照射空間８７内の圧力によっては、二
重構造或いは三重構造にしてもよい。

【００２５】静圧軸受けに供給する高圧ガスは、一般に
ドライ窒素が使用される。しかしながら、可能ならば、
更に高純度の不活性ガスにすることが好ましい。これ
は、水分や油分等の不純物がガス中に含まれると、これ
らの不純物分子が真空チャンバを画成するハウジングの
内面やステージ構成部品の表面に付着して真空度を悪化
させたり、試料表面に付着して電子ビーム照射空間の真
空度を悪化させてしまうからである。試料Ｓは、通常Ｘ
テーブル上に直接載置されるのでなく、試料を取り外し
可能に保持したりＸＹステージ７３に対して微少な位置
変更を行うなどの機能を持たせた試料台の上に載置され
る。

【００２６】電子ビーム装置７０では、大気中で用いら
れる静圧軸受けのステージ機構をほぼそのまま使用でき
るので、露光装置等で用いられる大気用の高精度ステー
ジと同等の高精度のＸＹステージを、ほぼ同等のコスト
及び大きさで電子ビーム装置用のＸＹステージに対して
実現できる。以上説明した静圧ガイドの構造や配置及び
アクチュエータ（リニアモータ）はあくまでも一実施例
であり、大気中で使用可能な静圧ガイドやアクチュエー
タならば何でも適用できる。

【００２７】図１は、本発明の実施の形態の検査装置に
おける静電容量センサーの配置を示す概略構成図であ
る。検査装置において、４個の静電容量センサー２ａ、
２ｂ、２ｃ及び５が図示しない可動ステージ上に載置さ
れる円板形１２インチウエハ１の周辺３に沿って配置さ
れる。３個のセンサー２ａ、２ｂ及び２ｃは、等間隔を
成すように配置され、センサー５は、ウエハの回転姿勢
を調整するためのものであり、センサー２ｂと２ｃの間
のノッチ４又はオリフラが本来来るべき位置に配置され
る。ここでノッチ又はオリフラは、円板状のウエハの外
形の一部を切欠き、ウエハの回転方向を特定するするも
のである。ノッチは、Ｖ字形の切欠きであり、オリフラ
は放射方向に垂直の線状の切欠きである。可動ステージ
上のウエハに対し、各静電容量センサー２ａ、２ｂ、２
ｃ及び５の位置は、それぞれの電極の約半分にウエハが
重なるようにされる。電子光学系の光軸位置（０，０）
と３個の静電容量センサー２ａ、２ｂ及び２ｃの重心位
置との距離（ｄｘ，ｄｙ）は、予め測定される。

【００２８】検査装置に装填されたウエハの位置決め
は、次のようになされる。可動ステージ上に載置された
円板形ウエハ１は、可動ステージの移動により、図１に
示すように、ウエハの周辺３が各静電容量センサー２
ａ、２ｂ、２ｃ及び５に係合する位置に置かれる。まず
等間隔を成すように配置される３個のセンサー２ａ、２
ｂ及び２ｃにより静電容量が測定され、これら３個のセ
ンサー２ａ、２ｂ及び２ｃの測定値が比較され、それら
３個の測定値が等しくなるように、可動ステージにより
ウエハのｘｙ位置が調整される。

【００２９】ウエハが図１において右方へずれた位置に
ある場合、センサー２ｃの測定値が大きく、センサー２
ｂの測定値が小さくなるので、ウエハを図１の左方へ移
動させ、両測定値を等しくする。センサー２ａの測定値
がセンサー２ｂの測定値より小さいときは、ウエハを上
方へ、大きいときは、ウエハを下方へ移動させ、測定値
を等しくする。このようにして、ウエハの中心位置（重
心位置Ｇ）が３個のセンサー２ａ、２ｂ及び２ｃの重心
位置、即ち電子光学系の光軸位置（０，０）に一致され
る。次にウエハの回転姿勢を正しくするため静電容量セ
ンサー５の測定値が最小になるようにθテーブルを移動
させる。

【００３０】上記実施の態様においては、４個の静電容
量センサー２ａ、２ｂ、２ｃ及び５を用いて、ウエハ
が、可動ステージに対し、±２０μｍの位置精度と、±
１０ｍｒａｄの回転精度で位置決めすることができる。
可動ステージを距離（ｄｘ，ｄｙ）だけ移動させると、
ウエハの中心は、電子光学系の真下、即ち光軸位置
（０，０）に±２０μｍの位置精度で一致させることが
できる。

【００３１】電子光学系の視野が直径２００μｍであれ
ば、１００μｍ幅のダイシングラインの隅部（エッジ）
をＳＥＭ画像で得ることができる。ダイシングライン
は、ダイとダイの間に設けられたデバイスパターンの無
い領域であり、ウエハからダイを切分ける鋸の刃の厚み
より僅かに広い幅を持っており、Ｘ方向及びＹ方向にお
いてダイとダイを分離する。ＳＥＭ画像から電子光学系
とウエハの中心位置がいくらずれているかを正確に測定
することができる。従って、パターンの欠陥検査等を行
うとき、ＳＥＭ画像からこれらのずれ量を補正し、標準
パターンと比較することによって欠陥を検出することが
できる。

【００３２】次にウエハの回転姿勢が±１０ｍｒａｄに
しか入っていない問題は、ウエハの周辺のダイシングラ
イン位置に電子光学系の光軸が来るように可動ステージ
を移動させ、そこでＳＥＭ画像を取り、中心でのずれと
比較することによって、回転姿勢のずれを正確に測定す
ることができる。θテーブルで補正を行ってもよいし、
ステージを連続移動させるとき、ウエハ上のパターンの
配置された方向へステージを走らせてもよい。

【００３３】図２を参照し、パターンマッチングにより
アライメントが正しく行われていない画像の評価方法に
ついて述べる。図２ａは、電子光学系により得られた視
野２１を含むＳＥＭ画像であり、図２ｂは、視野２２を
含む標準画像である。ＳＥＭ画像の視野２１の４隅付近
の各パターン隅部２５、２６、２７、２８と、視野２２
を含む標準画像の４隅付近の各パターン隅部２５'、２
６’、２７'、２８’をそれぞれ比較することにより、
ＳＥＭ画像の位置ずれ、回転ずれ、倍率ずれを算出する
ことができる。

【００３４】ここで各画像の４点を選ぶ理由は、比較す
るパターン隅部に欠陥が重なる場合にも正しくパターン
マッチングができるようにするためである。図２（ａ）
に示すように、たまたまパターン隅部２５付近に欠陥２
９が重なっていると、２５−２７で比較した倍率、即ち
（２５と２７間の距離）／（２５’と２７’間の距離）
と、２６−２８で比較した倍率、即ち（２６と２８間の
距離）／（２６’と２８’間の距離）が異なり、それに
よりどこかのパターンに欠陥があることがわかる。その
場合、更に２５−２８で測定した倍率と２６−２７の間
隔で測定した倍率を比較すると、例えば、（２５−２７）／（２５'−２７’）＝１．０１（２６−２８）／（２６'−２８’）＝１．０５（２６−２７）／（２６'−２７’）＝１．０５（２５−２８）／（２５'−２８’）＝０．９９となるので、パターン隅部２５に欠陥があることがわか
る。勿論、回転角を比較してもよい。

【００３５】図２ｃは、パターンの隅部に丸み３１がつ
いている場合を示す。この場合パターンの２辺の延長線
の交点２６をパターン隅部とすることにより、パターン
の正しい評価が可能となる。

【００３６】図３は、本発明の電子線検査装置を使用す
る半導体デバイス製造方法の例を示すフロー図である。
図３の半導体デバイス製造方法は、以下の主工程を含
む。（１）ウエハ５２を製造するウエハ製造工程５１又
はウエハ５２を準備するウエハ準備工程、（２）露光に
使用するマスク（レチクル）６２を製作するマスク製造
工程６１又はマスクを準備するマスク準備工程、（３）
ウエハに必要な加工を行うウエハプロセッシング工程５
３、（４）ウエハ上に形成されたチップを1個ずつ切り
出し、動作可能にならしめるチップ組立工程５４、
（５）できたチップ５５を検査するチップ検査工程５６
及び検査に合格したチップからなる製品（半導体デバイ
ス）５７を得る工程。なお、これらの主程は、それぞれ
幾つかのサブ工程を含む。図３の右方部分は、そのうち
のウエハプロセッシング工程５３のサブ工程を示す。

【００３７】上記（１）〜（５）の主工程の中で、半導
体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウエ
ハプロセッシング工程５３である。この工程では、設計
された回路パターンをウエハ上に順次積層し、メモリや
ＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウエ
ハプロセッシング工程は、以下の工程を含む。（６）絶
縁層となる誘電体薄膜や配線部、あ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６４（ＣＶＤや
スパッタリング等を用いる）。（７）この薄膜層やウエ
ハ基板を酸化する酸化工程６４。（８）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（レチクル）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６３。（９）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６４（例えばドライエッチン
グ技術を用いる）。（１０）イオン・不純物注入拡散工
程６４。（１１）レジスト剥離工程。（１２）加工され
たウエハを検査する検査工程。なお、ウエハプロセッシ
ング工程５３は、必要な層数だけ繰り返し行い、設計通
り動作する半導体デバイスを製造する。

【００３８】図３のフロー図は、上記（６）、（９）及
び（１０）をまとめて１つのブロック６４で示し、付加
的なウエハ検査工程６５を含み、更に繰り返し工程をブ
ロック６６で示す。上記（１２）の加工されたウエハを
検査する検査工程に本発明の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
プットよく検査でき、全数検査が可能になり、製品の歩
留まり向上、欠陥製品の出荷防止が可能である。

【００３９】図４は、図３の製造方法におけるリソグラ
フィ工程６３の詳細を示すフロー図である。図４に示す
ように、リソグラフィ工程６３は、（１３）前段の工程
で回路パターンが形成されたウエハ上にレジストを被覆
するレジスト塗布工程７１、（１４）レジストを露光す
る露光工程７２、（１５）露光されたレジストを現像し
てレジストパターンを得る現像工程７３、（１６）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７４から成る。なお、半導体デバイス製造工程、ウ
エハプロセッシング工程、及びリソグラフィ工程は、周
知のものである。

【００４０】図７ａ及び図７ｂは、静電容量式の位置セ
ンサー４０を説明するための図面であり、図７ａは、位
置センサーの電極とウエハとの位置関係を示す平面図、
図７ｂは、位置センサーの電極とウエハとの位置関係を
示す側面図及び要素のブロック図である。図７ａ及び図
７ｂに示すように、位置センサー４０の電極４１は、細
長い板形状を有し、ウエハ１１５の表面に平行に、且つ
所定距離Ｓだけ離間して配置される。ウエハ１１５及び
電極４１は、静電容量測定器４６に電気的に接続され、
両者間の静電容量Ｃが測定される。静電容量測定器４６
は市販のインピーダンス測定器とすることができる。

【００４１】ウエハ１１５と電極４１との間の静電容量
Ｃは、ウエハ１１５と電極４１の重なり面積４２に比例
する。図７ａに示すように、電極４１の形状を長方形と
しウエハの半径方向に配置すると、重なり部分４２の面
積は、電極４１とウエハ１１５の半径方向の重なり部分
長さｘに比例する。従って、長さｘと静電容量Ｃ関係を
予め求めた比較表４７を作成しておくことにより、比較
表４７と測定された静電容量Ｃに基いて重なり部分長さ
ｘ、即ちウエハ１５５の位置を求めることができる。図
７ｂに示すように、位置検出器４８が測定された静電容
量Ｃと比較表４７のデータを入力され、ウエハ位置デー
タを出力する。から、これ以上の説明は、省略する。

【００４２】

【発明の効果】本発明の検出装置は、電子線を使用せず
にアライメントを行うことによりゲート酸化膜等を破壊
することなくウエハの検査を行うことのできる検査装置
を提供する。本発明によると、アライメント用の光学顕
微鏡は、真空中に設ける必要がないため、検査装置の構
造が簡略となり、安価に製造することができる。またア
ライメント時間がなくなり、スループット（時間当り処
理量）が向上する。

【００４３】パターンマッチング時に、４個所以上の点
でマッチングを行うことにより、欠陥と評価対象点が一
致していても誤差を生じることがなく、またパターンの
隅部に曲率がついていても正しくパターンマッチングを
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態の検査装置における静電容
量センサーの配置を示す概略構成図。

【図２】図２ａは、電子光学系により得られた視野２１
を含むＳＥＭ画像、図２ｂは、視野２２を含む標準画
像、図２は、パターン隅部の例を示す平面図である。

【図３】本発明の電子線検査装置若しくは検査方法又は
それらの組合わせを使用する半導体デバイス製造方法１
例を示すフロー図。

【図４】図３の製造方法におけるリソグラフィ工程の詳
細を示すフロー図である。

【図５】本発明を適用することが可能な検査装置（電子
光学系）の概略構成図。

【図６】本発明を適用することが可能な検査装置（主に
可動テーブル）の概略構成図。

【図７】図７ａは、位置センサーの電極とウエハとの位
置関係を示す平面図、図７ｂは、位置センサーの電極と
ウエハとの位置関係を示す側面図及び要素のブロック図
である。

【符号の説明】

１：ウエハ（試料）、２ａ、２ｂ、２ｃ、５：静電容量
センサー、３：周辺、４：ノッチ、１０：、２１、２
２：視野、２５〜２８：ＳＥＭ画像のパターン隅部、２
５’〜２８’：標準画像のパターン隅部、２９：欠陥、
３１：丸み、３５：光軸、３６：一次光学系、３８：検
出系、３９：光軸、４０：位置センサー、４１：電極、
４２：重なり部分、４６：静電容量測定器、４７：比較
表、４８：位置検出器、５３：ウエハプロセッシング工
程、５６：チップ検査工程、６１：マスク製造工程、６
３：リソグラフィ工程、７１：鏡筒、７３：ＸＹステー
ジ、７４：Ｘテーブル、７７：Ｙテーブル、８３：リニ
アモータ、８７：照射空間、９１：フレキシブル配管、
９８：排気管、１００：検査装置、１０１：電子銃、１
０３：コンデンサレンズ、１０７：第１のマルチ開口
板、１０９：縮小レンズ、１１０：微小間隙、１１５：
試料、１１９：Ｅ×Ｂ分離器、１２３、１２５：拡大レ
ンズ、１２７：第２マルチ開口板、１２９：検出器、１
３１：増幅器、１２８：絞り、１３３：画像処理部、１
３５：偏向器、１３７：ナイフエッジ、１３９：電流
計、１４３：ＣＰＵ、１４５：記憶装置、１４９：出力
手段、Ｇ：ウエハの重心。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/30 ５０２Ｖ５４１Ｋ (72)発明者加藤隆男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） 2F067 AA26 AA45 AA54 BB01 BB04 BB27 CC17 FF11 HH06 JJ05 KK04 PP12 RR24 RR35 UU01 UU03 4M106 AA01 BA02 CA39 DB20 DJ07 DJ18 5C001 AA01 AA02 AA06 CC04 5C033 FF05 FF06 5F056 BD02 BD05 BD09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料表面の微細形状を評価する検査装置
であって、試料へ電子線を照射する一次光学系及び試料から放出さ
れる電子線を検出する検出系を含む電子光学系、試料を
支持し電子光学系に対し相対的に移動させる可動ステー
ジ、並びに試料の位置を所定精度で測定可能な位置セン
サーを備え、位置センサーから出力される位置信号に基き可動ステー
ジを作動させて試料を電子光学系の基準位置に所定精度
で一致させ、試料が電子光学系の基準位置に所定精度で
一致した状態において電子光学系により試料表面のＳＥ
Ｍ画像を取得し、取得されたＳＥＭ画像同志又は取得さ
れたＳＥＭ画像と標準画像とをパターンマッチングし比
較評価する検査装置。
【請求項２】前記位置センサーは、静電容量を測定す
ることにより試料の位置を測定する請求項１の検査装
置。
【請求項３】請求項１の検査装置において、画像の平
行移動、回転、倍率調整の内の少なくとも１つを行うこ
とにより、ＳＥＭ画像と標準画像とをパターンマッチン
グし比較評価する検査装置。
【請求項４】試料表面の微細形状を評価する検査装置
であって、試料へ電子線を照射する一次光学系及び試料から放出さ
れる電子線を検出する検出系を含む電子光学系、試料を
支持し電子光学系に対し相対的に移動させる可動ステー
ジ、並びに試料の位置を所定精度で測定可能な位置セン
サーを備え、位置センサーから出力される位置信号に基き可動ステー
ジを作動させて試料を電子光学系の基準位置に所定精度
で一致させ、その状態において前記電子光学系により試
料表面のＳＥＭ画像を取得し、取得されたＳＥＭ画像に
基き試料表面の被評価領域と電子光学系の視野との差を
算出し、その差を偏向器により補正してＳＥＭ画像を取
得する検査装置。
【請求項５】請求項１乃至４のいずれか１項の検査装
置を用いてプロセス途中のウエハの評価を行うことを特
徴とするデバイス製造方法。