JP2003209149A

JP2003209149A - 検査装置を内蔵する半導体製造装置および該製造装置を用いるデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2003209149A
Application number: JP2002319687A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋; Toru Satake; 徹佐竹; Shinji Nomichi; 伸治野路
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-11-02
Filing date: 2002-11-01
Publication date: 2003-07-25

Abstract

(57)【要約】【課題】ウェーハ等の試料のための化学的機械研磨装置
等の半導体製造装置と検査装置とにおける試料ロード手
段および試料アンロード手段の共有化により、各装置間
の試料輸送手段を省き、設置面積を減少させ、総費用を
低減させ、試料汚染の確率を低くする。【解決手段】ウェーハ等の試料のための化学的機械研磨
装置１００に、検査装置２５を内臓させる。研磨装置１
００はさらに、ロードユニット２１、化学的機械研磨ユ
ニット２２、洗浄ユニット２３、乾燥ユニット２４およ
びアンロードユニット２６を備える。化学的機械研磨装
置１００は、前工程１０７から試料を受け取り、研磨装
置１００内の上記各ユニットによって各処理を行い、処
理済みの試料を次工程１０９へと送る。各ユニット間の
移動に試料ロード手段および試料アンローダ手段ならび
に輸送手段は必要としない。ステンシルマスクに裏側か
ら面状のビームを照射し、透過ビームを写像投影し、Ｔ
ＤＩ検出器で検出するので多数の画素を同時に画像化で
きるので高スループットで検査ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ウェーハ等の試料
をリソグラフィー、成膜（ＣＶＤ、スパッタ、メッ
キ）、酸化、不純物ドープ、エッチング、平坦化、洗
浄、乾燥等の半導体プロセス処理を行うとともに、これ
らの処理後のウェーハ等の試料における高密度パターン
の形状観察や欠陥検査を高精度・高信頼性で行う装置、
及び該装置を用いてデバイス製造プロセス途中のパター
ン検査を行う半導体デバイス製造方法に関するものであ
る。

【０００２】本発明はさらに、半導体デバイス製造用の
マスクの欠陥検査を行なう装置に関する。

【０００３】

【従来の技術】従来、各々の半導体製造装置と、形状観
察装置又は欠陥検査装置とは、別々の独立した装置（ス
タンドアロン装置）として製作され、ラインの中でも別
々に配置されていた。このために、一つの半導体プロセ
ス処理が済んだウェーハ等の試料はカセットに入れて、
何らかの輸送手段により一つの半導体製造装置から直接
に、又は洗浄・乾燥装置を経て、検査装置へと運ぶ必要
があった。

【０００４】また、ステンシルマスクを高精度で検査す
るのに電子線を用いる場合は、細い電子線でマスクの裏
側から電子線を走査させ、透過電子を検出して検査を行
なうようにしていた。

【０００５】

【発明が解決すべき課題】上記のように各装置を配置構
成した場合、各装置間に試料輸送手段が必要となり、ま
た、各装置ごとに試料をカセットに対して出し入れする
ローダ手段およびアンローダ手段が必要となる。このた
め、装置設置面積を多く必要とし、装置の総合費用も多
くなり、またウェーハ等の試料の汚染の確率も多いとい
う問題があった。

【０００６】また、上記マスクの検査では細い電子線を
用いるので、スループットが著しく小さくなるという問
題があった。本発明は、上記問題を解決するためのもの
で、各装置間の輸送手段を省き、各装置のローダ手段お
よびアンローダ手段を共有化することによって、装置設
置面積を減少させ、装置の総費用を低減し，更に試料汚
染の確率を低減させ、プロセスの歩留まりを向上させる
ことのできる半導体製造装置を提供し、さらには、高ス
ループットでステンシルマスクの欠陥検査を行なう装置
および方法を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、本願の請求項１に記載の発明は、ウェーハ等の試料
のための半導体製造装置において、欠陥検査装置を内蔵
することを特徴とする。

【０００８】この発明によれば、半導体製造装置の中に
欠陥検査装置を内蔵するため、ロード部により取り入れ
られたウェーハ等の試料は、一つの製造工程が終了した
後、前記装置内で欠陥検査装置へと移動され、欠陥検査
装置で検査後、アンロード部から取り出される。したが
って、ロード部とアンロード部とは、これまでそれぞれ
の装置の数だけの組数が必要であったが、本発明によれ
ばこれを一組にすることができる。また、半導体製造装
置と欠陥検査装置の間のウェーハ等の試料輸送装置も省
略することができる。したがって、装置の設置床面積を
減少でき、また、装置の総費用を低減し、更にウェーハ
等の試料の汚染の確率を低減させ、プロセスの歩留まり
を向上できる。

【０００９】本願の請求項２に記載の発明は請求項１記
載の半導体製造装置において、欠陥検査装置がエネルギ
ー線を用いた欠陥検査装置であり、前記半導体製造装置
と一体となっていることを特徴とした。

【００１０】本願の請求項３に記載の発明によれば、請
求項１または２記載の半導体製造装置において、該装置
の構成をＣＭＰ（化学的機械研磨）部、洗浄部、乾燥
部、前記検査装置を有する検査部、ならびに、ロード部
およびアンロード部を備えて構成されるものとし、さら
に検査部がＣＭＰ部、乾燥部、アンロード部のいずれか
一つ又はいずれか二つあるいは三つに近接して設置され
ていることを特徴とした。

【００１１】この発明によれば、装置全体の設置面積が
縮小化でき、また、平坦化処理、洗浄、乾燥、検査の４
機能を１台の装置で行うことが可能になり、さらに、主
要素部分を近接化したために、より効率を高めることが
でき、更に設置床面積を減少できた。

【００１２】本願の請求項４に記載の発明によれば、請
求項１または２記載の半導体製造装置において、該装置
の構成をメッキ部、洗浄部、乾燥部、前記欠陥検査装置
を有する検査部ならびにロード部およびアンロード部を
備えて構成されるものとし、さらに検査部が、メッキ
部、乾燥部およびアンロード部のいずれか一つ又はいず
れか二つあるいは三つに近接して設置されていることを
特徴とした。この発明によれば、メッキ装置においても
前記ＣＭＰの場合と同様の効果が得られる。

【００１３】本願の請求項５に記載の発明は、請求項１
ないし４のいずれか記載の半導体製造装置において、欠
陥検査装置が電子線検査装置であり、前記半導体製造装
置には洗浄装置及び乾燥装置が組み込まれていることを
特徴とする。

【００１４】この発明によれば、ウェーハ等の試料は欠
陥検査装置において、より高分解能の検査が可能にな
り、ビアや配線等の断線や導通不良等の電気的欠陥の検
査が可能となる。また、洗浄装置及び乾燥装置を内部に
組み込むことにより、従来は独立したスタンドアロン装
置として設置されていた洗浄・乾燥装置に伴うロード部
およびアンロード部の省略や、試料輸送装置の省略がで
きるので、装置の設置床面積を減少でき、また、装置の
総費用を低減し，更にウェーハ等の試料の汚染の確率を
低減させ、プロセスの歩留まりを向上させることができ
る。

【００１５】上記欠陥検査装置は、エネルギー線を用い
た欠陥検査装置とすることができ、該欠陥検査装置は、
上記半導体製造装置と一体とすることができる。エネル
ギー粒子線またはエネルギー線という概念は、電子線、
Ｘ線、Ｘ線レーザ、紫外線、紫外線レーザ、光電子およ
び光を含む。また、かかるエネルギー粒子線またはエネ
ルギー線を利用した欠陥検査装置は、少なくとも、エネ
ルギー粒子照射部と、エネルギー粒子検出部と、情報処
理部と、Ｘ−Ｙステージと、資料載置台とを備えてい
る。

【００１６】本願の請求項６に記載の発明によれば、請
求項５記載の半導体製造装置において、電子線欠陥検査
装置は差動排気システムを備えていることを特徴とし
た。この発明によれば、電子線装置の試料ステージの周
りの空間を真空排気する必要が無くなり、またそのステ
ージ空間前後のロードロック機構を省略して、ウェーハ
等の試料を搬送することが可能になる。

【００１７】本願の請求項７記載の発明によれば、請求
項６記載の半導体製造装置において、試料表面の電子線
照射領域を前記差動排気システムにより減圧することを
特徴とした。

【００１８】この発明によれば、試料表面の電子線照射
領域だけを排気することにより、より効率の良い排気シ
ステムを構成できる。本願の請求項８記載の発明によれ
ば、請求項５ないし７のいずれか記載の半導体製造装置
において、欠陥検査装置は走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）
方式の電子線欠陥検査装置であることを特徴とした。

【００１９】また、本願の請求項９記載の発明は、請求
項８記載の半導体製造装置において、前記電子線欠陥検
査装置に用いる一次電子線が複数の電子線で構成され、
試料からの二次電子はＥ×Ｂフィルタ（ウィーンフィル
タ）により一次電子線の光軸から分離され、複数の電子
線検出器で検出されるようになされていることを特徴と
した。

【００２０】本願の請求項１０記載の発明は、請求項５
ないし７のいずれか記載の半導体製造装置において、前
記欠陥検査装置は写像投影型電子顕微鏡方式の電子線欠
陥検査装置であることを特徴とした。

【００２１】また本願の請求項１１の発明は、請求項１
０記載の半導体製造装置において前記電子線欠陥検査装
置に用いられる一次電子線が複数の電子線で構成され、
該複数の電子線は走査しながら試料に照射され、試料か
らの二次電子はＥ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）に
より一次電子線の光軸から分離されて２次元又はライン
イメージセンサで検出されるようになされていることを
特徴とした。

【００２２】この発明により、電子線量及び２次電子光
学系の分解能を向上させることができ、従ってスループ
ットを向上させることができる。本願の請求項１２記載
の発明によれば、ＬａＢ₆電子銃から放出された電子線
を整形して試料に照射し、試料から出てきた電子線を写
像投影型電子顕微鏡方式の光学系で画像形成する欠陥検
査装置であって、ロード・アンロード用のロードロック
室を備え、前記ＬａＢ₆電子銃が空間電荷制限条件で動
作するようになされていることを特徴とする電子線装置
が提供される。

【００２３】本願の請求項１３記載の発明は、請求項１
２記載の電子線装置において、前記試料から出てくる電
子線が反射電子又は透過電子であることを特徴とした。
本願の請求項１４記載の発明は、請求項１２記載の電子
線装置において、写像投影された試料像を蛍光板で光学
像に変換し、該光学像をＦＯＰまたはレンズ系によって
ＴＤＩ検出器に結像させる方式であることを特徴とし
た。

【００２４】本願の請求項１５記載の発明は、請求項１
２記載の電子線装置において、写像投影された試料像
を、電子線に感度を有するＴＤＩ検出器に結像させる方
式であることを特徴とした。

【００２５】本願の請求項１６記載の発明は、請求項１
２記載の電子線装置において、前記試料が静電チャック
で試料台に固定され、該試料台の位置を計測するための
レーザ干渉計が設けられ、前記試料が前記ロードロック
室でも静電チャックで固定されるようになされているこ
とを特徴とした。

【００２６】本願の請求項１７の発明は、半導体デバイ
ス製造方法において、請求項１ないし１６のいずれか１
項記載の欠陥検査装置を用いてプロセス途中のウェーハ
を検査することを特徴とした。

【００２７】この発明により、プロセスの歩留まりを大
きく向上させることができる。本願の請求項１８記載の
発明は、デバイス製造方法であって、一つのプロセス終
了後のウェーハ又はマスクの欠陥検査欠陥解析を行な
い、その結果をプロセス工程にフィードバックさせるこ
とを特徴とした。

【００２８】

【発明の実施の形態】第１図は本発明の半導体製造装置
の例である、検査装置を内蔵する化学的機械研磨（ＣＭ
Ｐ：Chemical Mechanical Polish）装置１００の構成を
説明する図である。主な構成要素は、ロードユニット２
１を備えるロード部１、ＣＭＰユニット２２を備えるＣ
ＭＰ部２、洗浄ユニット２３を備える洗浄部３、乾燥ユ
ニット２４を備える乾燥部４、検査ユニット２５を備え
る検査部５、アンロードユニット２６を備えるアンロー
ド部６であり、これらが機能的に配置され、一体化され
た装置となっている。即ち、図１は各部が機能的に配置
された本発明の１例を示している。また、図には示され
ていないが要所要所にはウェーハ等の試料のための搬送
機構や、位置合わせ機構等が設けられている。ロード部
１およびアンロード部６には、図示されていないが、ミ
ニエンバイロメント機構（清浄化装置によりクリーン化
した空気または窒素等のガスをダウンフローで循環させ
てウェーハ等の試料の汚染を防ぐ機構）が備えられてい
る。試料搬送機構等には試料を固定する為に通常必要と
される、真空チャック機構、静電チャック機構、あるい
はメカニカルな試料固定機構が備えられているが、図か
らは省略している。前記ロード部１およびアンロード部
６は、独立して設ける必要は無く、一室、一基の搬送装
置で済ませることもできる。一般に、前記ロード部１、
アンロード部６および制御パネル（図示されていない）
を図１のように一方向からアクセス（操作）できるよう
に配置し、スルー・ザ・ウォール方式（試料出し入れ機
構及び制御部だけを、よりクリーン度の高い部屋に設置
し、一方、発塵しやすい装置本体をよりクリーン度の低
い場所に設置して両者の空間の境界を壁で仕切り、クリ
ーン度の高い部屋の負荷を低減させる方式）とすること
が望ましい。

【００２９】図２は本発明の工程例を示す。ウェーハ等
の試料は、通常、カセットに入った状態で、前工程１０
７より試料輸送工程１０８により運ばれ、ロード部１に
てカセットから取り出されてＣＭＰ部２に挿入され（試
料ロード工程１０１）、ＣＭＰ部２で平坦化処理が行わ
れ（ＣＭＰ工程１０２）、次に洗浄部３での洗浄工程１
０３、乾燥部４での乾燥工程１０４を経て検査部５へと
移動される。検査部５では形状検査や欠陥検査が行われ
（検査工程１０５）、アンロード部６を経てカセット内
へ移動され（試料アンロード工程１０６）、その後、試
料輸送工程１０８により、カセットごと次の処理工程１
０９、例えば露光工程等へ送られる。

【００３０】図２の工程において、検査工程１０５が不
要な試料については、Ａラインのように検査工程１０５
を通さずに、洗浄・乾燥処理後は直接アンロード工程１
０６に送られる。また、同様にＢラインのようにＣＭＰ
工程１０２、洗浄工程１０３および乾燥工程１０４をパ
スすることも可能である。

【００３１】従来のウェーハ処理工程（図３に示す）で
は、ＣＭＰ平坦化処理、洗浄・乾燥処理および検査処理
が、それぞれ別個独立の（スタンドアロン）ＣＭＰ装置
１１、洗浄・乾燥装置１２、検査装置１３（図３に示
す）により行われていた。これらそれぞれの装置にロー
ド部１およびアンロード部６が備えられるので、かかる
従来の配置構成では合計３組のロード部およびアンロー
ド部を備えていたことになる。また、試料を輸送する装
置１０８も各装置間に備えられる。

【００３２】従来のウェーハ処理工程を図４に示す。ウ
ェーハ等の試料は、通常カセットに入った状態で、前工
程１０７から試料輸送工程１０８により運ばれ、ロード
部１を経てＣＭＰ部２に挿入され（試料ロード工程１０
１）、ＣＭＰ部２で平坦化処理が行われ（ＣＭＰ工程１
０２）、試料アンロード工程１０６、試料輸送工程１０
８、試料ロード工程１０１を経、その後洗浄工程１０
３、乾燥工程１０４の後、試料アンロード工程１０６、
試料輸送工程１０８を経て検査装置１３へと輸送される
（ラインＣ）。試料は、ロード部１を経て（ロード工程
１０１）、検査部１３で形状検査や欠陥検査が行われる
（検査工程１０５）。その後、試料は、検査装置１３の
アンロード部６を経てを経てカセット内へ輸送され（試
料アンロード工程１０６）、その後、試料輸送工程１０
８によりカセットごと次の処理工程１０９、例えば露光
工程等へ送られる（ラインＤ）。通常、検査処理は時間
が多くかかるため、ＣＭＰ・洗浄・乾燥処理後の全ての
ウェーハを検査するわけではなく、抜き取りで検査を行
う。即ち図４のＥで示すラインを通る。

【００３３】図２と図４を比較すると明らかなように、
従来の方法に比べて本発明では、工程の数を２／３に減
少でき、その分、時間を１０％短縮でき、また装置の設
置面積を２０％縮小できた。また装置の製造コストを１
５％下げることが出来た。

【００３４】以上、本発明の半導体製造装置の一例とし
て、欠陥検査装置を内蔵したＣＭＰ装置について述べて
きたが、他の装置であるリソグラフィー、成膜（ＣＶ
Ｄ、スパッタ、メッキ）、酸化、不純物ドープ、エッチ
ング等の処理を行う他の半導体製造装置についても同様
に欠陥検査装置を内蔵した構成にすることができる。

【００３５】図５は本発明の第二の実施形態である半導
体製造装置に含まれるところの、差動排気機構を備えた
電子線方式欠陥検査装置の説明図である。図では主な構
成要素である電子線欠陥検査装置鏡筒５１、差動排気部
５２、ガードリング５４、移動ステージ５５、のみを示
しており、その他の制御系、電源系、排気系等は省略し
ている。試料となるウェーハ５３は移動ステージ５５の
上に固定され、周囲をガードリング５４で囲われてい
る。ガードリング５４はウェーハ５３と同じ高さ（厚
さ）になっており、差動排気部５２の先端とウェーハ５
３およびガードリング５４との間の微少隙間５７が、ス
テージ移動中にも変わらないように考慮されている。移
動ステージ５５上の、ガードリング５４およびウェーハ
５３に占められる場所以外の場所も、ウェーハと同じ高
さになっている。ウェーハの搭載／除去は、ステージ５
５上のウェーハ交換位置５６の中心が検査装置の中心に
一致する位置で行われる。ウェーハの除去の方法は、移
動ステージ５５の上下動ピン３本によりウェーハを持ち
上げ、その下にサイドから搬送ロボットのハンドを差込
み、更に持ち上げてウェーハをキャッチし、搬送すると
いう手順で行われる。ウェーハ搭載の場合は除去の場合
と逆の手順で行なわれる。

【００３６】図６は図５の差動排気部５２の説明図であ
る。差動排気部５２の差動排気ボディ（５２−３）に
は、同心円状に排気口Ｉ（５２−１）及び排気口ＩＩ
（５２−２）が設けられており、排気口Ｉは広帯域のタ
ーボ分子ポンプで排気され、排気口ＩＩはドライポンプ
で排気される。図では示されていないが、電子線２０２
の出口（二次電子入口）はφ１ｍｍ、長さ１ｍｍの穴形
状となっており、コンダクタンスを小さくしている。微
少隙間５７はステージ５５の高さを制御することによ
り、通常０．５ｍｍ以下（望ましくは０．１ｍｍ以下）
に保たれる。本差動排気部に排気速度１０００リットル
／ｍｉｎのドライポンプ及び、排気速度１０００リット
ル／ｓのターボ分子ポンプを接続して排気した結果、電
子線照射部で１０^-3Ｐａオーダー、鏡筒内部の電子線出
口近傍で１０^-4Ｐａオーダーの圧力が得られた。

【００３７】図７は第三の実施例を説明する図である。
電子線欠陥検査装置として写像投影型電子ビーム検査装
置を用いた例である。本図では差動排気部は省略してい
る。電子銃２０１から放出された一次電子線２０２は矩
形開口で整形され、２段のレンズ２０３、２０４でＥ×
Ｂフィルタ２０５の偏向中心面に０．５ｍｍ×０．１２
５ｍｍ角に結像される。Ｅ×Ｂフィルタ２０５はウィー
ンフィルターとも呼ばれ、電極２０６および磁石２０７
を有し、電界と磁界を直交させた構造を有し、一次電子
線２０２を３５度に曲げて試料方向（試料に垂直な方
向）に向け、一方、試料からの二次電子線を直進させる
機能を持つ。Ｅ×Ｂフィルタ２０５で偏向された一次電
子線２０２はレンズ２０８、２０９で２／５に縮小さ
れ、試料２１０に投影される。試料２１０から放出され
た、パターン画像の情報を持った二次電子２１１は、レ
ンズ２０９、２０８で拡大された後、Ｅ×Ｂフィルタ２
０５を直進し、レンズ２１２、２１３で拡大され、ＭＣ
Ｐ（マイクロチャンネルプレート）２１５で１万倍に増
感されて、蛍光部２１６により光に変換され、リレー光
学系２１７を経てＴＤＩ−ＣＣＤ２１８で試料のスキャ
ン速度に同期された電気信号となり、画像表示部２１９
で連続した画像として取得される。さらにこの画像は、
オンタイムで複数のセル画像との比較および、複数のダ
イ画像との比較を行うことにより、試料表面（例えばウ
ェーハ等）の欠陥を検出する。さらに、検出された欠陥
の形状等の特徴、位置座標および数を記録し、ＣＲＴ上
などに出力する。一方、試料基板として、酸化膜や窒化
膜といった表面構造の違いや、異なる工程後ごとにそれ
ぞれの試料基板に対して適当な条件を選定し、その条件
に従って電子線を照射して、最適な照射条件で照射を行
った後、電子線による画像を取得し、欠陥を検出する。

【００３８】図８は本発明に係る装置の第四の実施形態
の構成を概略的に示す図である。電子銃１から放出され
た４本の一次電子線３０２（３０２Ａ、３０２Ｂ、３０
２Ｃ、３０２Ｄ）は開口絞り３０３で整形され、２段の
レンズ３０４、３０５で、Ｅ×Ｂフィルタ３０７の偏向
中心面に、１０μｍ×１２μｍの楕円状に結像され、図
の紙面に垂直な方向に沿って、偏向器３０６によりラス
タースキャンされ、全体として１ｍｍ×０．２５ｍｍの
矩形領域を均一にカバーするように照射される。Ｅ×Ｂ
フィルタ３０７で偏向された４本の一次電子線３０２
は、ＮＡ絞り３０８でクロスオーバーを結び、レンズ３
０９で１／５に縮小され、試料（ウェーハ）３１０に、
２００μｍ×５０μｍをカバーし且つ試料にほぼ垂直に
なるように照射・投影される。試料３１０から放出され
たパターン画像（試料像３１１）の情報を持った４本の
２次電子線３１２はレンズ３０９、３１３、３１４で拡
大され、磁気レンズ３１５で試料連続移動方向とＴＤＩ
−ＣＣＤ３１９の積算段数方向との角度補正が行われ、
ＭＣＰ３１６上に全体として４本の二次電子線３１２が
合成された矩形画像（拡大投影像３１８）として結像す
る。この拡大投影像３１８は、ＭＣＰ３１６で１万倍程
度に増感されて、蛍光部３１７により光に変換され、Ｔ
ＤＩ−ＣＣＤ３１９で試料の連続移動速度に同期された
電気信号となり、画像表示部（図示されていない）で連
続した画像として取得され、ＣＲＴ上などに出力あるい
はメモリー装置に記憶する。この像から、更にセル比較
またはダイ比較等により欠陥を検出し、その位置座標、
大きさ、あるいは種類などを判別して記憶、表示、出力
を行う。

【００３９】本実施例の一次電子線照射方法を図９によ
り示す。一次電子線３０２は４本の電子線３０２Ａ，３
０２Ｂ、３０２Ｃ、３０２Ｄによって構成され、それぞ
れのビームは１０μｍ×１２μｍの楕円状をしている。
それらの電子線はそれぞれが２００μｍ×１２．５μｍ
の矩形領域をラスタースキャンし、それらが重なり合わ
ないように足し合わせて全体として２００μｍ×５０μ
ｍの矩形領域を照射する。本実施例では一次電子線の照
射むらが±３％程度、照射電流は１本の電子線当たり２
５０μＡで試料表面で全体として、４本の電子ビームで
１．０μＡを得ることができた。電子線の本数を増やす
ことにより、更に電流を増加でき、高スループットを得
ることができる。

【００４０】図中には示していないが、本装置には、レ
ンズの他に、制限視野絞り、電子線の軸調整のための４
極またはそれ以上の極数を有する偏向器（アライナ
ー）、非点収差補正器（スティグメータ）、さらにビー
ム形状を整形する複数の４重極レンズ（４極子レンズ）
など、電子線の照明、結像に必要なユニットを備えてい
る。

【００４１】電子線照射部は試料表面をできるだけ均一
に、かつ照射むらを少なくして、矩形または楕円状に電
子線で照射する必要があり、また、スループットをあげ
るためにはより大きな電流で照射領域を電子線照射する
必要がある。従来の電子線照射系は、照射むらが大きく
±１０％程度であり、また、電子線照射電流は照射領域
において５００ｎＡ程度であった。また、走査型電子線
顕微鏡（ＳＥＭ）方式に比べて、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いう問題があったが、本方式のよう
に複数の電子ビームを走査して試料に照射する方法によ
り、照射むらを１／３程度に低減出来た。照射電流は試
料表面で全体として、４本の電子ビームの場合で、約２
倍以上の電流値を得ることができた。電子線の本数を増
やすことにより、例えば１６本程度には容易に増やすこ
とが可能であり、更に高電流化でき、従って、高いスル
ープットを得ることができる。また、比較的細いビーム
をラスタースキャンすることにより、試料表面のチャー
ジが逃げやすくなるために一括照射の場合に比べてチャ
ージアップを１／１０以下に低減できた。

【００４２】以上、実施例として写像投影方式の電子線
欠陥検査装置の例を示したが、走査型電子顕微鏡方式
（ＳＥＭ方式）等の欠陥検査装置を使用することも可能
である。

【００４３】図１０は本発明の第５の実施の形態の写像
投影光学系を用いた欠陥検査装置を示す。この実施の形
態では、反射電子を用いている。電子銃６０１から画像
表示部６１９までの構成部品はすべて図７のものと同様
であり、したがって、図７において符号２０１ないし２
１９を付された構成部品は、図１０においてはそれぞれ
符号６０１ないし６１９を付されている。図１０の実施
の形態が図７の実施の形態と異なるのは電子線の軌道の
みで、２次電子の軌道６２０は、点線で示したように、
試料６１０から大きい放出角で放出されて対物レンズ６
０９の作る加速電界で軸方向に加速されるため、小さい
ビーム束となり対物レンズ６０９に入射する。一方、反
射電子６２１は、放出された方向にほぼ直進するため、
ビームを制限する開口６２２のアパーチャ径を大きくし
て十分なＳ／Ｎ比の信号を得られるようにした。反射電
子は、ビームのエネルギー幅△Ｖが２次電子に比べて小
さいので、開口６２２の径が多少大きくても収差を十分
小さくできる。

【００４４】図１１は本発明の第６の実施の形態の写像
投影光学系を用いた、ステンシルマスクの欠陥検査装置
の電子光学系を示したものである。ＬａＢ₆電子銃７１
１から放出された電子はコンデンサレンズ７１５で集束
され、長方形の開口７１９を一様な強度で照明する。成
形開口７１９の像は照射レンズ７２１でステンシルマス
ク８００に結像される。電子銃７１１とコンデンサレン
ズ７１５とで作られたクロスオーバ像は照射レンズ７２
１で対物レンズ７３１の主面７３３に結像される。ステ
ンシルマスク８００でパターン化された通過電子は対物
レンズ７３１と拡大レンズ７３５とで拡大されＭＣＰ７
１１に結像される。ＭＣＰ７１１で各画素の電子は増倍
され、蛍光板７５５にステンシルマスクの拡大像を作
る。ここで透過電子の透過率を１．０に近づければＭＣ
Ｐで増幅しなくても蛍光板を直接光らせて必要な信号を
得ることができる。蛍光板７７５からの光は真空窓７７
７から外部へ取り出され、縮小レンズ７７９で１／２に
縮小されＴＤＩ検出器７８１に結像される。また、蛍光
板からの光をレンズ系ではなく、ＦＯＰでＴＤＩ検出器
に導いてもよい。この時さらに、蛍光体はＦＯＰの片面
に塗布しても良く、ＦＯＰは真空窓を兼ねてもよい。さ
らに、電子線に感度を有するＴＤＩ検出器を用いれば、
蛍光板、ＦＯＰ等を使わなくてすみ、電子光学系の拡大
率も１に近づけられる。この像は電気信号に変換された
のち画像処理回路に入力され、それがパターンデータが
収納されているデータストレージからのパターンデータ
と比較され、欠陥表示装置に欠陥データが出力される。

【００４５】ステンシルマスク８００は、一軸方向に連
続移動中に電子線を照射され、それによって画像取得が
行なわれる。次に本発明に係わる半導体デバイスの製造
方法の実施の形態の例を説明する。

【００４６】図１２は、本発明の半導体デバイスの製造
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。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）４００露光に使用するマスクを製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）４０１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４０２ウェー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４０３できたチップを検査するチップ検査工程４０４なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程から
なっている。これらの主工程の中で、半導体のデバイス
の性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェーハプロセ
ッシング工程である。この工程では、設計された回路パ
ターンをウェーハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとし
て動作するチップを多数形成する。このウェーハプロセ
ッシング工程は以下の各工程を含む。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（ＣＶＤや
スパッタリング等を用いる）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程薄膜層やウェー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）イオン・不純物注入拡散工程レジスト剥離工程さらに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。

【００４７】図１３は、図１２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工程を
含む。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５００レジストを露光する露光工程５０１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５０２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５０３以上の半導体デバイス製造工程、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、周知のもので
あり、これ以上の説明を要しないであろう。

【００４８】上記の検査工程に本発明に係る欠陥検査
方法、欠陥検査装置を用いると、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、製品の歩留まり向上、欠
陥製品の出荷防止が可能となる。

【００４９】図１４は本発明の装置を用いたプロセスの
方法の実施例である。前工程から流れてきたウェーハは
ロットウェーハとパイロットウェーハに分けられる。ま
ずパイロットウェーハに対してプロセス処理が行なわ
れ、その後、欠陥検査・欠陥解析が実施される。その結
果、問題があれば、プロセス条件を変更して再度プロセ
ス処理が行なわれる。問題が無くなれば、そのプロセス
条件でロットウェーハが処理され、次工程に流される。

【００５０】すなわち、処理が行なわれたウェーハの欠
陥検査を行ない、その結果をプロセスにフィードバック
して、より良いプロセス条件を決めればよいのである。

【００５１】

【発明の効果】本発明はＣＭＰ装置等の半導体製造装置
に欠陥検査装置を組み込み一体型の装置を構成すること
により、ロード、アンロード、ウェーハ輸送工程を２／
３にすることが出来、その分ＣＭＰ処理及び検査時間を
１０％短縮でき、また装置の設置面積を２０％縮小出来
た。また装置の製造コストを１５％下げることができ
る。

【００５２】また、本発明のステンシルマスクの欠陥検
査装置では、同時に２０００画素の画像を取得できるの
で、一画素当たりの信号取得時間を１００倍に増してＳ
／Ｎ比を向上させても従来装置より２０倍の高スループ
ット化が可能である。さらに、反射電子信号を用いると
表面の帯電の影響を小さくできるので、２次電子を用い
るより、高スループット化が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の原理を説明する構成図である。

【図２】図２は本発明の工程例を示す図である。

【図３】図３従来方式の説明図である。

【図４】図４は従来方式の工程例を示す図である。

【図５】図５は第二の実施形態を示す図である。

【図６】図６は差動排気部の説明図である。

【図７】図７は第三の実施形態を示す図である。

【図８】図８は第四の実施形態を示す図である。

【図９】図９は図８の電子線照射方法を示す図である。

【図１０】図１０は反射電子を用いる写像投影方式の電
子顕微鏡の光学系の概略図である。

【図１１】図１１は透過電子を用いた写像投影方式の電
子顕微鏡を用いたステンシルマスクの欠陥検査装置の概
略図である。

【図１２】図１２はデバイス製造プロセスのフローチャ
ートである。

【図１３】図１３はリングラフィ工程のフローチャート
である。

【図１４】図１４は本発明の装置を用いたプロセスの方
法の実施例を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ロード部、２ＣＭＰ部、３洗浄部、４乾燥
部、５検査部、６アンロード部、２１ロードユニ
ット、２２ＣＭＰユニット、２３洗浄ユニット、
２４乾燥ユニット、２５検査ユニット、２６アン
ロードユニット、１００化学的機械研磨装置、１０１
試料ロード工程、１０２ＣＭＰ工程、１０３洗浄
工程、１０４乾燥工程、１０５検査工程、１０６
試料アンロード工程、１０７前工程、１０８試料輸
送工程、１０９次工程、６２１反射電子軌道、６０１
ＬａＢ₆電子銃、６０２一次ビーム光軸、６０３コ
ンデンサレンズ、６０４照射レンズ、６０５Ｅ×Ｂ
分離器、６０６電磁偏向器、６０７静電偏向器、６
０８投影レンズ、６０９対物レンズ、６１０試
料、６１１光軸、６１２拡大レンズ、６１３拡大
レンズ、６１５ＭＣＰ、６１６蛍光部、６１７
窓、６１８縮小光学レンズ、６１９ＴＤＩ、６２０
２次電子軌道、７１１ＬａＢ₆電子銃、７１５コ
ンデンサレンズ、７２１照射レンズ、７１９成形開
口、７３１対物レンズ、７３５拡大投影レンズ、７３
７第１拡大像、７７１ＭＣＰ、７７５蛍光部、７
７９縮小レンズ、７８１ＴＤＩ検出器、７１１ａ
ＬａＢ₆カソード、７１１ｂウェーネルト、７１１ｃ
アノード、７１３成形開口、７１７成形偏向器、
７２７検出器、７２５偏向器、７２３ＮＡ開口、
７１０照射光学系、５０ステージ、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ
５物点、α 開口半角、７３１ａ第１対物レンズ、
７３１ｂ第２対物レンズ、７３３ＮＡ開口、７３５
ａ、７３５ｂ第１及び第２拡大レンズ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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Ｆターム(参考） 2H095 BD02 BD14 BD15 4M106 AA01 BA02 CA38 DB30

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ウェーハ又はマスクのための半導体製造
装置であって、欠陥検査装置を内蔵することを特徴とす
る半導体製造装置。
【請求項２】前記欠陥検査装置がエネルギー線を用い
た欠陥検査装置であり、該欠陥検査装置が前記半導体製
造装置と一体となっていることを特徴とする請求項１記
載の半導体製造装置。
【請求項３】前記半導体製造装置が、ＣＭＰ（化学的
機械研磨）部、洗浄部、乾燥部、前記欠陥検査装置を有
する検査部、ならびに、ロード部およびアンロード部を
備えて構成されており、前記検査部が、前記ＣＭＰ部、
前記乾燥部、および前記アンロード部のいずれか一つ又
はいずれか二つあるいは三つに近接して設置されている
ことを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装
置。
【請求項４】前記半導体製造装置が、メッキ部、洗浄
部、乾燥部、前記欠陥検査装置を有する検査部、ならび
に、ロード部およびアンロード部を備えて構成されてお
り、前記検査部が、前記メッキ部、前記乾燥部および前
記アンロード部のいずれか一つ又はいずれか二つあるい
は三つに近接して設置されていることを特徴とする請求
項１または２記載の半導体製造装置。
【請求項５】前記欠陥検査装置が電子線欠陥検査装置
であり、前記半導体製造装置には洗浄装置及び乾燥装置
が組み込まれていることを特徴とする請求項１ないし４
のいずれか記載の半導体製造装置。
【請求項６】前記電子線欠陥検査装置が差動排気シス
テムを備えていることを特徴とする請求項５記載の半導
体製造装置。
【請求項７】試料表面の電子線照射領域を前記差動排
気システムにより減圧するようになされていることを特
徴とする請求項６記載の半導体製造装置。
【請求項８】前記欠陥検査装置が走査型電子顕微鏡
（ＳＥＭ）方式の電子線欠陥検査装置であることを特徴
とする請求項５乃至７のいずれか記載の半導体製造装
置。
【請求項９】前記電子線欠陥検査装置に用いられる一
次電子線が複数の電子線で構成されており、試料からの
二次電子は、Ｅ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）によ
り一次電子線の光軸から分離されて複数の電子線検出器
で検出されるようになされていることを特徴とする請求
項８記載の半導体製造装置。
【請求項１０】前記欠陥検査装置が写像投影型電子顕
微鏡方式の電子線欠陥検査装置であることを特徴とする
請求項５乃至７のいずれか記載の半導体製造装置。
【請求項１１】前記電子線欠陥検査装置に用いられる
一次電子線が複数の電子線で構成されており、該複数の
電子線は走査しながら試料に照射され、試料からの二次
電子は、Ｅ×Ｂフィルタ（ウィーンフィルタ）により一
次電子線の光軸から分離されて二次元又はラインイメー
ジセンサで検出されるようになされていることを特徴と
する請求項１０記載の半導体製造装置。
【請求項１２】ＬａＢ₆電子銃から放出された電子線
を整形して試料に照射し、該試料から出てきた電子線を
写像投影型電子顕微鏡方式の光学系で画像形成する欠陥
検査装置である電子線装置であって、ロード・アンロー
ド用のロードロック室を備えており、前記ＬａＢ₆電子
銃が空間電荷制限条件で動作するようになされているこ
とを特徴とする電子線装置。
【請求項１３】前記試料から出てくる電子線が反射電
子又は透過電子であることを特徴とする請求項１２記載
の電子線装置。
【請求項１４】写像投影された試料像を蛍光板で光学
像に変換し、該光学像をＦＯＰまたはレンズ系によって
ＴＤＩ検出器に結像させる方式であることを特徴とする
請求項１２記載の電子線装置。
【請求項１５】写像投影された試料像を、電子線に感
度を有するＴＤＩ検出器に結像させる方式であることを
特徴とする請求項１２記載の電子線装置。
【請求項１６】前記試料が静電チャックで試料台に固
定されるようになされており、該試料台の位置を計測す
るためのレーザ干渉計が設けられており、前記試料は前
記ロードロック室でも静電チャックで固定されるように
なされていることを特徴とする請求項１２記載の電子線
装置。
【請求項１７】請求項１ないし１６のいずれか１項記
載の欠陥検査装置を用いてプロセス途中のウェーハを検
査することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項１８】一つのプロセス終了後のウェーハ又は
マスクの欠陥検査および欠陥解析を行ない、その結果を
プロセス工程にフィードバックさせることを特徴とする
デバイス製造方法。