JP2003331774A - 電子ビーム装置およびその装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents
電子ビーム装置およびその装置を用いたデバイス製造方法Info
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
- H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
-
- H—ELECTRICITY
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/004—Charge control of objects or beams
- H01J2237/0041—Neutralising arrangements
- H01J2237/0044—Neutralising arrangements of objects being observed or treated
-
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- H01J2237/26—Electron or ion microscopes
- H01J2237/28—Scanning microscopes
- H01J2237/2813—Scanning microscopes characterised by the application
- H01J2237/2817—Pattern inspection
Abstract
(57)【要約】
【課題】 歪みの少ない検査画像が得られ、信頼性の高
い表面観察および欠陥検出を可能にする電子ビーム装
置、および、該電子ビーム装置を用いてスループット良
くプロセス途中のデバイスを検査するデバイス製造方法
を提供すること。 【解決手段】 欠陥検査装置は、一次電子線を放出して
試料９を照射するための第１の照射手段Ｓと、一次電子
線で照射された試料９の表面から放出された二次電子を
結像させるための写像光学機構１１〜１３と、二次電子
を検出するための検出器Ｄと、検出器Ｄからの信号を処
理する画像処理機構１８とを具備する。更に、電子線を
放出して試料９を照射するための第２の照射手段を設
け、第２の照射手段で試料９を照射した後に第１の照射
手段Ｓで試料９を照射して試料９を観察するようにして
もよい。
い表面観察および欠陥検出を可能にする電子ビーム装
置、および、該電子ビーム装置を用いてスループット良
くプロセス途中のデバイスを検査するデバイス製造方法
を提供すること。 【解決手段】 欠陥検査装置は、一次電子線を放出して
試料９を照射するための第１の照射手段Ｓと、一次電子
線で照射された試料９の表面から放出された二次電子を
結像させるための写像光学機構１１〜１３と、二次電子
を検出するための検出器Ｄと、検出器Ｄからの信号を処
理する画像処理機構１８とを具備する。更に、電子線を
放出して試料９を照射するための第２の照射手段を設
け、第２の照射手段で試料９を照射した後に第１の照射
手段Ｓで試料９を照射して試料９を観察するようにして
もよい。
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、試料の表面の構
造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査
・観察を効率的に行い、例えば最小線幅０．１５μｍ以
下の高密度パターンの欠陥を高精度且つ高信頼性、高ス
ループットで検査を行うことができる欠陥検出装置、な
らびに該装置を用いてデバイス製造プロセス途中のパタ
ーン検査を行うデバイス製造方法に関する。
造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査
・観察を効率的に行い、例えば最小線幅０．１５μｍ以
下の高密度パターンの欠陥を高精度且つ高信頼性、高ス
ループットで検査を行うことができる欠陥検出装置、な
らびに該装置を用いてデバイス製造プロセス途中のパタ
ーン検査を行うデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、基板表面に電子ビームを照射して
スキャンし、その基板から放出される二次電子を検出し
た結果からウェハ画像データを生成して、ウェハ上のダ
イ毎の画像データとそれに隣接するダイの画像データと
を比較することによって、ウェハの欠陥を検出する検査
装置が知られている。
スキャンし、その基板から放出される二次電子を検出し
た結果からウェハ画像データを生成して、ウェハ上のダ
イ毎の画像データとそれに隣接するダイの画像データと
を比較することによって、ウェハの欠陥を検出する検査
装置が知られている。
【０００３】上記のような従来のＳＥＭ技術を用いた方
式や、写像投影型などの広い面積を同時に照明する方式
においては、電子ビームを基板に照射することによって
被検査基板が帯電するが、過度の停電が生じると、基板
から放出された二次電子の検出から得た画像データに歪
みが生じて虚の欠陥を検出する（虚報欠陥）という問題
や、像が不明瞭になったり、絶縁破壊等のダメージが発
生する等の問題があった。
式や、写像投影型などの広い面積を同時に照明する方式
においては、電子ビームを基板に照射することによって
被検査基板が帯電するが、過度の停電が生じると、基板
から放出された二次電子の検出から得た画像データに歪
みが生じて虚の欠陥を検出する（虚報欠陥）という問題
や、像が不明瞭になったり、絶縁破壊等のダメージが発
生する等の問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】この発明は、こうした
従来の課題を解決するために提案されたものであって、
この発明の目的は、歪みの少ない検査画像を得ることが
でき、信頼性の高い表面観察および欠陥検出を可能にす
る欠陥検出装置、および、該欠陥検出装置を用いてスル
ープット良くプロセス途中のデバイスを検査するデバイ
ス製造方法を提供することにある。
従来の課題を解決するために提案されたものであって、
この発明の目的は、歪みの少ない検査画像を得ることが
でき、信頼性の高い表面観察および欠陥検出を可能にす
る欠陥検出装置、および、該欠陥検出装置を用いてスル
ープット良くプロセス途中のデバイスを検査するデバイ
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】上記の目的を達成するた
め、この発明の一つの実施の形態においては、一次電子
線をウェハ等の試料の表面に照射する電子源と、試料の
表面から放出された二次電子を拡大倍率にて検出器に結
像させる写像光学系と、検出器からの信号を処理する画
像処理機構とを備える、写像型の欠陥検査装置であっ
て、試料に対する入射電子線のエネルギーを２〜４ｋｅ
Ｖと最適化することにより、試料からの二次電子放出効
率を１より小さくし、試料を負に帯電させることで画像
歪みを大幅に低減する。このエネルギー領域において
は、試料が金属と絶縁物との混成であるとき、試料の表
面領域に適度の導電性が発生するので、金属と絶縁物と
の間において、帯電による極端な電位差を発生させるこ
とがない。したがって、試料の表面から放出された二次
電子が光学系を経て検出器に結像されるとき、画像歪み
と収差の小さい像を形成することができる。
め、この発明の一つの実施の形態においては、一次電子
線をウェハ等の試料の表面に照射する電子源と、試料の
表面から放出された二次電子を拡大倍率にて検出器に結
像させる写像光学系と、検出器からの信号を処理する画
像処理機構とを備える、写像型の欠陥検査装置であっ
て、試料に対する入射電子線のエネルギーを２〜４ｋｅ
Ｖと最適化することにより、試料からの二次電子放出効
率を１より小さくし、試料を負に帯電させることで画像
歪みを大幅に低減する。このエネルギー領域において
は、試料が金属と絶縁物との混成であるとき、試料の表
面領域に適度の導電性が発生するので、金属と絶縁物と
の間において、帯電による極端な電位差を発生させるこ
とがない。したがって、試料の表面から放出された二次
電子が光学系を経て検出器に結像されるとき、画像歪み
と収差の小さい像を形成することができる。
【０００６】なお、上記の範囲よりも小さいエネルギー
では導電性効果が不足するので、充分な歪みおよび収差
の低減ができなくなる。また、一次電子線のエネルギー
が上記の範囲を越えると、ジュール熱発生効果とダメー
ジ発生効果とが過度になり、デバイス破壊が発生して検
査に適さない。
では導電性効果が不足するので、充分な歪みおよび収差
の低減ができなくなる。また、一次電子線のエネルギー
が上記の範囲を越えると、ジュール熱発生効果とダメー
ジ発生効果とが過度になり、デバイス破壊が発生して検
査に適さない。
【０００７】導電性効果の発生に関しては、試料に入射
する一次電子線と試料を構成する原子とのカスケード衝
突によりエネルギー電子が発生し、試料の表面域に導電
性が得られる。このとき、充分なエネルギー電子を得る
ためには、２〜４ｋｅＶ程度の入射電子エネルギーが必
要となる。
する一次電子線と試料を構成する原子とのカスケード衝
突によりエネルギー電子が発生し、試料の表面域に導電
性が得られる。このとき、充分なエネルギー電子を得る
ためには、２〜４ｋｅＶ程度の入射電子エネルギーが必
要となる。
【０００８】また、試料の表面の導電性効果を得るため
には、観察分析用の電子ビームの前に、電子照射を行う
ことも可能である。このときには、測定領域の前に第２
の電子源を配置し、この第２の電子源によって試料に電
子線を照射し、試料の表面の電位状態を平衡にしてから
試料を測定場所に移動させ、第１の電子源による一次電
子線の照射によって試料表面から二次電子を放出させ、
その二次電子を光学系で検出器へ導いて観察・測定を行
うことが望ましい。この場合には、導電性が与えられた
状態で平衡になっている試料の表面から放出される二次
電子の画像を得るので、収差および歪みの小さい電子像
を得ることができる。
には、観察分析用の電子ビームの前に、電子照射を行う
ことも可能である。このときには、測定領域の前に第２
の電子源を配置し、この第２の電子源によって試料に電
子線を照射し、試料の表面の電位状態を平衡にしてから
試料を測定場所に移動させ、第１の電子源による一次電
子線の照射によって試料表面から二次電子を放出させ、
その二次電子を光学系で検出器へ導いて観察・測定を行
うことが望ましい。この場合には、導電性が与えられた
状態で平衡になっている試料の表面から放出される二次
電子の画像を得るので、収差および歪みの小さい電子像
を得ることができる。
【０００９】レーザと電子線とを試料に同時に照射する
ことによって、試料の表面での導電性効果を高め、電子
線の照射に比べて試料表面の電位をより均一にし、しか
も低収差且つ低歪みの電子像を取得するようにしてもよ
い。
ことによって、試料の表面での導電性効果を高め、電子
線の照射に比べて試料表面の電位をより均一にし、しか
も低収差且つ低歪みの電子像を取得するようにしてもよ
い。
【００１０】また、表面検査のスループットを高くする
ために、試料の表面から放出される二次電子を写像光学
系で検出することが可能である。写像光学系を用いるこ
とにより、試料の表面から二次元的に放出された二次電
子を同時に検出することが可能になるので、二次元電子
像を高速に取得することが可能になる。この特性を利用
すると、例えば、高スループットでウェハの欠陥検査を
行うことも可能になる。上記の方法および装置を用いる
ことにより、プロセス途中のウェハの欠陥を検査するデ
バイス製造が可能になる。
ために、試料の表面から放出される二次電子を写像光学
系で検出することが可能である。写像光学系を用いるこ
とにより、試料の表面から二次元的に放出された二次電
子を同時に検出することが可能になるので、二次元電子
像を高速に取得することが可能になる。この特性を利用
すると、例えば、高スループットでウェハの欠陥検査を
行うことも可能になる。上記の方法および装置を用いる
ことにより、プロセス途中のウェハの欠陥を検査するデ
バイス製造が可能になる。
【００１１】したがって、請求項１の発明は、一次電子
線を放出して試料を照射するための第１の照射手段と、
前記一次電子線で照射された前記試料の表面から放出さ
れた二次電を結像させるための写像光学機構と、前記二
次電子を検出するための検出器と、前記検出器からの信
号を処理する画像処理機構と、を具備することを特徴と
する電子ビーム装置、を提供する。
線を放出して試料を照射するための第１の照射手段と、
前記一次電子線で照射された前記試料の表面から放出さ
れた二次電を結像させるための写像光学機構と、前記二
次電子を検出するための検出器と、前記検出器からの信
号を処理する画像処理機構と、を具備することを特徴と
する電子ビーム装置、を提供する。
【００１２】請求項２の発明は、前記一次電子線のビー
ム・エネルギーが２〜４ｋｅＶであることを特徴とす
る。請求項３の発明は、前記写像光学機構の分解能が
０．１μｍ以下であり、且つ、視野の最大像高が５０μ
ｍ以上であることを特徴とする。
ム・エネルギーが２〜４ｋｅＶであることを特徴とす
る。請求項３の発明は、前記写像光学機構の分解能が
０．１μｍ以下であり、且つ、視野の最大像高が５０μ
ｍ以上であることを特徴とする。
【００１３】請求項４の発明は、前記一次電子線と前記
二次電子とを分離するためのＥ×Ｂフィルタ等の分離手
段を更に備えることを特徴とする。請求項５の発明は、
前記検出器がＴＤＩ等のライン・センサを含むことを特
徴とする。
二次電子とを分離するためのＥ×Ｂフィルタ等の分離手
段を更に備えることを特徴とする。請求項５の発明は、
前記検出器がＴＤＩ等のライン・センサを含むことを特
徴とする。
【００１４】請求項６の発明は、電子線を放出して前記
試料を照射するための第２の照射手段を更に備え、前記
第２の照射手段で前記試料を照射した後に前記第１の照
射手段で前記試料を照射して前記試料を観察することを
特徴とする。
試料を照射するための第２の照射手段を更に備え、前記
第２の照射手段で前記試料を照射した後に前記第１の照
射手段で前記試料を照射して前記試料を観察することを
特徴とする。
【００１５】請求項７の発明は、前記第２の照射手段か
らの電子線のビーム・エネルギーが２〜４ｋｅＶである
ことを特徴とする。請求項８の発明は、前記試料にレー
ザ光又は光を照射するためのレーザ光源又は光源ランプ
を更に備えることを特徴とする。
らの電子線のビーム・エネルギーが２〜４ｋｅＶである
ことを特徴とする。請求項８の発明は、前記試料にレー
ザ光又は光を照射するためのレーザ光源又は光源ランプ
を更に備えることを特徴とする。
【００１６】請求項９の発明は、前記レーザ光又は光源
ランプの波長帯域が３００ｎｍ又はそれ以下であること
を特徴とする。請求項１０の発明は、前記レーザ光の照
射密度が１Ｗ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
ランプの波長帯域が３００ｎｍ又はそれ以下であること
を特徴とする。請求項１０の発明は、前記レーザ光の照
射密度が１Ｗ／ｃｍ2以上であることを特徴とする。
【００１７】請求項１１の発明は、請求項１〜１０のい
ずれかの発明における電子ビーム装置を用いて、プロセ
ス途中のウェハの欠陥を検査することを特徴とするデバ
イス製造方法を提供する。
ずれかの発明における電子ビーム装置を用いて、プロセ
ス途中のウェハの欠陥を検査することを特徴とするデバ
イス製造方法を提供する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図１〜図８を用いて、この
発明に係る電子ビーム装置の若干の実施の形態を詳述す
る。図１は、この発明に係る電子ビーム装置の第１の実
施の形態を概略的に示しており、電子ビーム装置は、カ
ソード１と、ウェーネルト電極２とアノード３とを有す
る電子源Ｓを有する。電子源Ｓから放出された一次電子
線は、３段の静電レンズ４、５、６によって拡大、縮小
され、正方開口板７によって断面が正方形になるよう整
形される。こうして整形された一次電子線はＥ×Ｂフィ
ルタ８によって試料９の方へ進行方向が曲げられる。こ
うして、一次電子線は試料９を照射する領域と照射エネ
ルギーとを制御され、例えば、ビーム径が２００μｍ、
照射エネルギーが３ｋｅＶとされて試料９を照射する。
試料９はＬＳＩ製造途中の回路パターンが形成されてい
る例えば８〜１２インチのシリコン・ウェハであり、ｘ
−ｙ−θステージ１０上に置かれる。
発明に係る電子ビーム装置の若干の実施の形態を詳述す
る。図１は、この発明に係る電子ビーム装置の第１の実
施の形態を概略的に示しており、電子ビーム装置は、カ
ソード１と、ウェーネルト電極２とアノード３とを有す
る電子源Ｓを有する。電子源Ｓから放出された一次電子
線は、３段の静電レンズ４、５、６によって拡大、縮小
され、正方開口板７によって断面が正方形になるよう整
形される。こうして整形された一次電子線はＥ×Ｂフィ
ルタ８によって試料９の方へ進行方向が曲げられる。こ
うして、一次電子線は試料９を照射する領域と照射エネ
ルギーとを制御され、例えば、ビーム径が２００μｍ、
照射エネルギーが３ｋｅＶとされて試料９を照射する。
試料９はＬＳＩ製造途中の回路パターンが形成されてい
る例えば８〜１２インチのシリコン・ウェハであり、ｘ
−ｙ−θステージ１０上に置かれる。
【００１９】一次電子線による照射によって試料９から
放出された二次電子は、写像光学系をなす第１段の静電
レンズ（ＴＬ）１１、第２段の静電レンズ（ＬＬ）１２
および第３段の静電レンズ１３によって５０〜５００倍
に拡大され、検出器Ｄに結像する。写像検出系の分解能
は０．１μｍ以下で、視野の最大像高は５０μｍ以上で
あることが望ましい。検出器Ｄは、入射した二次電子を
増倍するマイクロチャンネル・プレート１４と、マイク
ロチャンネル・プレート１４から出力された二次電子を
２次元の光に変換する蛍光板１５と、蛍光板１５から発
した２次元の光を中継するリレー・レンズ１６と、リレ
ー・レンズ１６から出力された２次元の光を画像として
検出するＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙｅｄ Ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｉｏｎ）１７とを備えている。なお、ＴＤＩの
代わりに、適宜のライン・センサを用いることができ
る。
放出された二次電子は、写像光学系をなす第１段の静電
レンズ（ＴＬ）１１、第２段の静電レンズ（ＬＬ）１２
および第３段の静電レンズ１３によって５０〜５００倍
に拡大され、検出器Ｄに結像する。写像検出系の分解能
は０．１μｍ以下で、視野の最大像高は５０μｍ以上で
あることが望ましい。検出器Ｄは、入射した二次電子を
増倍するマイクロチャンネル・プレート１４と、マイク
ロチャンネル・プレート１４から出力された二次電子を
２次元の光に変換する蛍光板１５と、蛍光板１５から発
した２次元の光を中継するリレー・レンズ１６と、リレ
ー・レンズ１６から出力された２次元の光を画像として
検出するＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙｅｄ Ｉｎｔｅ
ｇｒａｔｉｏｎ）１７とを備えている。なお、ＴＤＩの
代わりに、適宜のライン・センサを用いることができ
る。
【００２０】こうして、マイクロチャンネル・プレート
１４で増倍された二次電子は蛍光板１５で２次元の光に
変換され、この２次元の光はリレー・レンズ１６でＴＤ
Ｉ１７に導かれ、画像として検出される。ｘ−ｙ−θス
テージ１０の連続的な移動に伴って試料９の異なる個所
からの二次電子による２次元の画像を表す信号がＴＤＩ
１７から出力されるので、画像信号の高速な取得が可能
になる。このＴＤＩ１７からの画像信号は画像処理装置
１８によって処理され、電子像の形成、欠陥検出、欠陥
分類・判別がなされる。これによって、欠陥の部位が記
憶され、欠陥検出および分類・判別がなされて製造工程
の管理にフィードバックされる。
１４で増倍された二次電子は蛍光板１５で２次元の光に
変換され、この２次元の光はリレー・レンズ１６でＴＤ
Ｉ１７に導かれ、画像として検出される。ｘ−ｙ−θス
テージ１０の連続的な移動に伴って試料９の異なる個所
からの二次電子による２次元の画像を表す信号がＴＤＩ
１７から出力されるので、画像信号の高速な取得が可能
になる。このＴＤＩ１７からの画像信号は画像処理装置
１８によって処理され、電子像の形成、欠陥検出、欠陥
分類・判別がなされる。これによって、欠陥の部位が記
憶され、欠陥検出および分類・判別がなされて製造工程
の管理にフィードバックされる。
【００２１】被被検査対象である試料９を、シリコン・
ウェハとその表面に半導体回路製造工程途中のパターン
構造があるとする。この工程または全工程を含めて、ゴ
ミ、導通不良、パターン不良、欠落等の欠陥の有無、状
態判定、種類分別を行うためには、試料９の表面に一次
電子ビームを照射し、試料９の表面から放出される二次
電子を検出して検査を行うことが必要である。
ウェハとその表面に半導体回路製造工程途中のパターン
構造があるとする。この工程または全工程を含めて、ゴ
ミ、導通不良、パターン不良、欠落等の欠陥の有無、状
態判定、種類分別を行うためには、試料９の表面に一次
電子ビームを照射し、試料９の表面から放出される二次
電子を検出して検査を行うことが必要である。
【００２２】こうした検査対象のパターンは、タングス
テン、アルミ、銅等の金属とＳｉＯ 2、Ｓｉ3Ｎ4または
ＳｉＮ等の絶縁物の混成した表面構造をなしていること
が多い。このような場合、金属と絶縁物とでは、二次電
子放出特性または係数が異なるため、表面電位の差が大
きくなる。そのため、パターン境界に極端な電位差が生
じて、表面から二次電子が放出されなくなる場合やアー
ク放電が生じる場合がある。
テン、アルミ、銅等の金属とＳｉＯ 2、Ｓｉ3Ｎ4または
ＳｉＮ等の絶縁物の混成した表面構造をなしていること
が多い。このような場合、金属と絶縁物とでは、二次電
子放出特性または係数が異なるため、表面電位の差が大
きくなる。そのため、パターン境界に極端な電位差が生
じて、表面から二次電子が放出されなくなる場合やアー
ク放電が生じる場合がある。
【００２３】図２は、ＳｉＯ2製の絶縁物に電子線を照
射したときの、照射電子線のエネルギーと二次電子の放
出効率σとの関係を示すグラフである。このグラフか
ら、放出効率σが１より大きい範囲、すなわち照射電子
線のエネルギーが５０から１５００〜２０００ｅＶの範
囲では、入射した電子よりも多くの電子が放出されるの
で、絶縁物の表面は正に帯電されること、および、照射
電子線のエネルギーを２〜３ｋｅＶとすると、絶縁物の
表面に適度の導電性効果が生じて負に帯電し、金属との
表面電位の差を小さくすることができることが分かる。
そのため、図１の欠陥検出装置において電子源から放出
される一次電子線のエネルギーを２〜３ｋｅＶに設定し
て試料９を照射し、試料９の表面から放出される二次電
子を３段の静電レンズ１１〜１３からなるレンズ系で導
いてＴＤＩ１７で検出することにより、低歪みおよび低
収差を実現することができる。
射したときの、照射電子線のエネルギーと二次電子の放
出効率σとの関係を示すグラフである。このグラフか
ら、放出効率σが１より大きい範囲、すなわち照射電子
線のエネルギーが５０から１５００〜２０００ｅＶの範
囲では、入射した電子よりも多くの電子が放出されるの
で、絶縁物の表面は正に帯電されること、および、照射
電子線のエネルギーを２〜３ｋｅＶとすると、絶縁物の
表面に適度の導電性効果が生じて負に帯電し、金属との
表面電位の差を小さくすることができることが分かる。
そのため、図１の欠陥検出装置において電子源から放出
される一次電子線のエネルギーを２〜３ｋｅＶに設定し
て試料９を照射し、試料９の表面から放出される二次電
子を３段の静電レンズ１１〜１３からなるレンズ系で導
いてＴＤＩ１７で検出することにより、低歪みおよび低
収差を実現することができる。
【００２４】図３は、この発明に係る電子ビーム装置の
第２の実施の形態を概略的に示す図で、図１に示す第１
の実施の形態と比較すると、第１の電子源Ｓに加えて、
第２の電子源Ｓ’が設けられている点で相違する。第２
の電子源Ｓ’は、試料９の表面に電子線を照射して試料
９の表面の電位を平衡状態にしておくために使用され
る。こうして試料９の表面の電位を平衡状態にした後、
試料９は測定位置に移動させられ、第１の電子源Ｓから
の一次電子線の照射を受ける。以後の動作は図１につい
て既に行ったものと同じであるので、ここでは繰り返さ
ない。
第２の実施の形態を概略的に示す図で、図１に示す第１
の実施の形態と比較すると、第１の電子源Ｓに加えて、
第２の電子源Ｓ’が設けられている点で相違する。第２
の電子源Ｓ’は、試料９の表面に電子線を照射して試料
９の表面の電位を平衡状態にしておくために使用され
る。こうして試料９の表面の電位を平衡状態にした後、
試料９は測定位置に移動させられ、第１の電子源Ｓから
の一次電子線の照射を受ける。以後の動作は図１につい
て既に行ったものと同じであるので、ここでは繰り返さ
ない。
【００２５】第２の電子源Ｓ’としては、タングステン
・フィラメント型の熱陰極源またはカーボンナノチュー
ブ型の冷陰極源の前に順にウェーネルト電極２とアノー
ド３を配列したものを使用することができる。このとき
には、試料９の表面での一次電子線は、照射領域成型用
の開口板７を用いることによって、例えば１０μｍ〜１
０ｍｍの照射領域を得ることができ、このときの照射エ
ネルギーは０〜４ｋｅＶ、特に２〜４ｋｅＶに制御する
ことが可能である。
・フィラメント型の熱陰極源またはカーボンナノチュー
ブ型の冷陰極源の前に順にウェーネルト電極２とアノー
ド３を配列したものを使用することができる。このとき
には、試料９の表面での一次電子線は、照射領域成型用
の開口板７を用いることによって、例えば１０μｍ〜１
０ｍｍの照射領域を得ることができ、このときの照射エ
ネルギーは０〜４ｋｅＶ、特に２〜４ｋｅＶに制御する
ことが可能である。
【００２６】図４は、この発明に係る電子ビーム装置の
第３の実施の形態を概略的に示す図で、図１に示す第１
の実施の形態と比較すると、電子源Ｓに加えて、レーザ
光源Ｌが設けられている点で相違する。以下、相違点の
みについて説明することとし、他は図１について説明し
たとおりであるので反復しない。
第３の実施の形態を概略的に示す図で、図１に示す第１
の実施の形態と比較すると、電子源Ｓに加えて、レーザ
光源Ｌが設けられている点で相違する。以下、相違点の
みについて説明することとし、他は図１について説明し
たとおりであるので反復しない。
【００２７】レーザ光源Ｌは、電子源Ｓとともに動作し
て試料９を一次電子線に加えてレーザ光１９によっても
照射するために用いられる。レーザ光１９によって試料
９を照射することで、試料９の表面の導電性効果を上
げ、金属と絶縁物との表面電位の均一性を向上させるこ
とができる。
て試料９を一次電子線に加えてレーザ光１９によっても
照射するために用いられる。レーザ光１９によって試料
９を照射することで、試料９の表面の導電性効果を上
げ、金属と絶縁物との表面電位の均一性を向上させるこ
とができる。
【００２８】レーザ光源Ｌとしては、例えばＨｅ−Ｃｄ
レーザを用いることができ、波長は５００ｎｍ以下、特
に３２５ｍｍおよび４２０ｍｍの２種類であり、照射強
度は２Ｗ／ｃｍ2、特に１Ｗ／ｃｍ2以下であり、照射面
積は直径１ｍｍであることが望ましい。図４において
は、１個のレーザ光源しか用いていないが、複数のレー
ザ光源によって試料９を照射することによって照射強度
を上げるようにしてもよい。または、複数のレーザ光源
により対称方向から試料９を照射することで、効率を上
げることもできる。
レーザを用いることができ、波長は５００ｎｍ以下、特
に３２５ｍｍおよび４２０ｍｍの２種類であり、照射強
度は２Ｗ／ｃｍ2、特に１Ｗ／ｃｍ2以下であり、照射面
積は直径１ｍｍであることが望ましい。図４において
は、１個のレーザ光源しか用いていないが、複数のレー
ザ光源によって試料９を照射することによって照射強度
を上げるようにしてもよい。または、複数のレーザ光源
により対称方向から試料９を照射することで、効率を上
げることもできる。
【００２９】図５は、この発明に係る欠陥検出装置の第
４の実施の形態である写像投影型検査装置を概略的に示
す図であり、図１に示す第１の実施の形態における構成
要素と同じまたは同様の構成要素は同一の参照数字およ
び参照符号で指示されている。図５において、アノード
３で加速されて電子源Ｓから放出された一次電子線は、
静電レンズ４および正方形開口板５によって整形され、
３段の四極子レンズ２０、２１、２２で縮小される。縮
小された一次電子線は、Ｅ×Ｂフィルタ８で偏向されて
該フィルタの偏向中心面に例えば１．２５ｍｍ角に結像
される。Ｅ×Ｂフィルタ８で偏向された一次電子線は静
電レンズ１１で例えば１／５に縮小されて試料９に投影
される。このときの試料９の表面における一次電子線の
照射エネルギーは例えば３ｋｅＶである。
４の実施の形態である写像投影型検査装置を概略的に示
す図であり、図１に示す第１の実施の形態における構成
要素と同じまたは同様の構成要素は同一の参照数字およ
び参照符号で指示されている。図５において、アノード
３で加速されて電子源Ｓから放出された一次電子線は、
静電レンズ４および正方形開口板５によって整形され、
３段の四極子レンズ２０、２１、２２で縮小される。縮
小された一次電子線は、Ｅ×Ｂフィルタ８で偏向されて
該フィルタの偏向中心面に例えば１．２５ｍｍ角に結像
される。Ｅ×Ｂフィルタ８で偏向された一次電子線は静
電レンズ１１で例えば１／５に縮小されて試料９に投影
される。このときの試料９の表面における一次電子線の
照射エネルギーは例えば３ｋｅＶである。
【００３０】一次電子線の照射によって試料９から放出
された二次電子は、試料９の表面に形成されたパターン
に関する情報を含んでおり、３段の静電レンズ１１、１
２、１３によって拡大されて検出器Ｄに入射し、マイク
ロチャンネル・プレート１４に２次元画像を形成する。
以後、既に図１について説明したとおり、マイクロチャ
ンネル・プレート１４で増倍された二次電子は蛍光板１
５で２次元の光に変換され、この２次元の光はリレー・
レンズ１６でＴＤＩ１７に導かれて画像として検出され
る。ｘ−ｙ−θステージ１０の連続的な移動に伴って試
料９の異なる個所からの二次電子による２次元の画像を
表す信号がＴＤＩ１７から出力されるので、画像信号の
高速な取得が可能になる。
された二次電子は、試料９の表面に形成されたパターン
に関する情報を含んでおり、３段の静電レンズ１１、１
２、１３によって拡大されて検出器Ｄに入射し、マイク
ロチャンネル・プレート１４に２次元画像を形成する。
以後、既に図１について説明したとおり、マイクロチャ
ンネル・プレート１４で増倍された二次電子は蛍光板１
５で２次元の光に変換され、この２次元の光はリレー・
レンズ１６でＴＤＩ１７に導かれて画像として検出され
る。ｘ−ｙ−θステージ１０の連続的な移動に伴って試
料９の異なる個所からの二次電子による２次元の画像を
表す信号がＴＤＩ１７から出力されるので、画像信号の
高速な取得が可能になる。
【００３１】２段目および３段目の静電レンズ１２、１
３は対称タブレット・レンズを構成しているため、無歪
みレンズとなっている。しかし、電極その他の部位が汚
れてくると、歪みが多少発生するので、標準パターンか
ら得られた画像と試料９から得られた画像とを定期的に
比較して歪みを測定し、歪み補正のパラメータ電圧を算
出して静電レンズ１２、１３にフィードバックすること
が望ましい。
３は対称タブレット・レンズを構成しているため、無歪
みレンズとなっている。しかし、電極その他の部位が汚
れてくると、歪みが多少発生するので、標準パターンか
ら得られた画像と試料９から得られた画像とを定期的に
比較して歪みを測定し、歪み補正のパラメータ電圧を算
出して静電レンズ１２、１３にフィードバックすること
が望ましい。
【００３２】一方、酸化膜や窒化膜が選択的に形成され
ているウェハを試料９とした場合、光学系の歪みが補正
されているだけでは不十分であり、検出器Ｄで試料９の
照射領域の画像データを取得したとき、パターン・エッ
ジから代表的な点を選択してその画像データを取得し、
取得された画像データと基準となるデータ画像とを比較
することによって歪み補正を行い、その後、ダイとダイ
との比較あるいは画像と画像との比較を行って欠陥を検
出することが必要である。
ているウェハを試料９とした場合、光学系の歪みが補正
されているだけでは不十分であり、検出器Ｄで試料９の
照射領域の画像データを取得したとき、パターン・エッ
ジから代表的な点を選択してその画像データを取得し、
取得された画像データと基準となるデータ画像とを比較
することによって歪み補正を行い、その後、ダイとダイ
との比較あるいは画像と画像との比較を行って欠陥を検
出することが必要である。
【００３３】上記のとおり、試料９から放出された二次
電子による画像検出を、第４の実施の形態においては写
像投影型の電子線装置で行うが、これに代えて、走査型
の電子線装置を用いることができ、図６はその一例を概
略的に示している。同図において、カソード１から放出
された一次電子線はアノード３で加速され、第１段の静
電レンズ４と正方形開口板５で整形された後、第２段の
静電レンズ５と走査コイル２３とを通過して試料９を照
射する。第２段の静電レンズ５および走査コイル２３に
よって、試料９の表面における一次電子線の拡大倍率が
設定され、走査コイル２３によって一次電子線は試料９
の表面を走査する。
電子による画像検出を、第４の実施の形態においては写
像投影型の電子線装置で行うが、これに代えて、走査型
の電子線装置を用いることができ、図６はその一例を概
略的に示している。同図において、カソード１から放出
された一次電子線はアノード３で加速され、第１段の静
電レンズ４と正方形開口板５で整形された後、第２段の
静電レンズ５と走査コイル２３とを通過して試料９を照
射する。第２段の静電レンズ５および走査コイル２３に
よって、試料９の表面における一次電子線の拡大倍率が
設定され、走査コイル２３によって一次電子線は試料９
の表面を走査する。
【００３４】一次電子線の照射によって試料９から放出
された二次電子、後方散乱電子線または反射電子はフォ
トマル等の電子検出器２４によって検出され、二次電子
による２次元画像の取得を可能にする。こうしてダイ毎
に取得された２次元画像を用いて、または、前記のよう
に、パターン・エッジから得た画像データと基準のデー
タ画像との比較を行って、試料９に形成されたパターン
の欠陥検出を行う。
された二次電子、後方散乱電子線または反射電子はフォ
トマル等の電子検出器２４によって検出され、二次電子
による２次元画像の取得を可能にする。こうしてダイ毎
に取得された２次元画像を用いて、または、前記のよう
に、パターン・エッジから得た画像データと基準のデー
タ画像との比較を行って、試料９に形成されたパターン
の欠陥検出を行う。
【００３５】以上、この発明に係る電子ビーム装置の若
干の実施の形態を説明したが、これらの欠陥検出装置は
半導体デバイスの製造に用いるのに適している。図７
は、半導体デバイス製造方法の一例において行われる主
工程を示すフローチャートであり、この例の製造方法
は、ウェハを製造する（または、ウェハを準備する）ウ
ェハ製造工程Ｐ１、露光に使用するマスクを製作するマ
スク製造工程（または、マスクを準備するマスク準備工
程）Ｐ２、ウェハに所要の加工処理を行うウェハ・プロ
セッシング工程Ｐ３、ウェハ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み立て工
程Ｐ４、および出来上がったチップを検査するチップ検
査工程Ｐ５の、５つの主工程を含む。
干の実施の形態を説明したが、これらの欠陥検出装置は
半導体デバイスの製造に用いるのに適している。図７
は、半導体デバイス製造方法の一例において行われる主
工程を示すフローチャートであり、この例の製造方法
は、ウェハを製造する（または、ウェハを準備する）ウ
ェハ製造工程Ｐ１、露光に使用するマスクを製作するマ
スク製造工程（または、マスクを準備するマスク準備工
程）Ｐ２、ウェハに所要の加工処理を行うウェハ・プロ
セッシング工程Ｐ３、ウェハ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み立て工
程Ｐ４、および出来上がったチップを検査するチップ検
査工程Ｐ５の、５つの主工程を含む。
【００３６】これらの主工程は更にいくつかのサブ工程
からなるが、その中で、半導体のデバイス性能に決定的
な影響を及ぼす主工程がウェハ・プロセッシング工程Ｐ
３である。このウェハ・プロセッシング工程Ｐ３におい
ては、設計された回路パターンをウェハ上に順次積層し
て、メモリやマイクロプロセッサ・ユニットとして動作
するチップを多数形成する。
からなるが、その中で、半導体のデバイス性能に決定的
な影響を及ぼす主工程がウェハ・プロセッシング工程Ｐ
３である。このウェハ・プロセッシング工程Ｐ３におい
ては、設計された回路パターンをウェハ上に順次積層し
て、メモリやマイクロプロセッサ・ユニットとして動作
するチップを多数形成する。
【００３７】ウェハ・プロセッサ工程Ｐ３は、点線の枠
内に示すように、 絶縁層となる誘電体薄膜、配線部または電極部を形成
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）、 薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程、 薄膜層やウェ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
リソグラフィ工程、 レジスト・パターンにしたがって、薄膜層やウェハ基
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、 加工されたウェハを検査する検査工程、のサブ工程を
含む。なお、設計どおりに動作する半導体デバイスを製
造するよう、ウェハ・プロセッシング工程Ｐ３は必要な
層数だけ反復して実行される。
内に示すように、 絶縁層となる誘電体薄膜、配線部または電極部を形成
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）、 薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程、 薄膜層やウェ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
リソグラフィ工程、 レジスト・パターンにしたがって、薄膜層やウェハ基
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、 加工されたウェハを検査する検査工程、のサブ工程を
含む。なお、設計どおりに動作する半導体デバイスを製
造するよう、ウェハ・プロセッシング工程Ｐ３は必要な
層数だけ反復して実行される。
【００３８】図８は、図７のウェハ・プロセッシング工
程Ｐ３の中核をなすリソグラフィ工程の内容を示すフロ
ーチャートである。図に示すように、リソグラフィ工程
は前段の工程で回路パターンが形成されたウェハにレジ
ストをコートするレジスト塗布工程Ｑ１、レジストを露
光する露光工程Ｑ２、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Ｑ３、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Ｑ
４、を含む。
程Ｐ３の中核をなすリソグラフィ工程の内容を示すフロ
ーチャートである。図に示すように、リソグラフィ工程
は前段の工程で回路パターンが形成されたウェハにレジ
ストをコートするレジスト塗布工程Ｑ１、レジストを露
光する露光工程Ｑ２、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Ｑ３、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Ｑ
４、を含む。
【００３９】上記の半導体デバイス製造工程Ｓ１、ウェ
ハ・プロセッシング工程Ｓ３およびリソグラフィ工程は
周知であり、ここでの説明は省略する。上記の検査工程
に、この発明に係る欠陥検査装置を適用することによ
り、微細なパターンを有する半導体デバイスでもスルー
プット良く検査を行うことができるので、全数検査が可
能になり、製品の歩留まりが向上し、欠陥製品の出荷が
防止される。
ハ・プロセッシング工程Ｓ３およびリソグラフィ工程は
周知であり、ここでの説明は省略する。上記の検査工程
に、この発明に係る欠陥検査装置を適用することによ
り、微細なパターンを有する半導体デバイスでもスルー
プット良く検査を行うことができるので、全数検査が可
能になり、製品の歩留まりが向上し、欠陥製品の出荷が
防止される。
【００４０】
【発明の効果】以上、この発明に係る電子ビーム装置の
若干の実施の形態に関する説明から理解されるように、
この発明は、試料の表面の電位を均一化することが可能
である、試料の表面から放出された電子線を用いて収差
と歪みの小さい電子像を取得することができる、試料の
表面における欠陥の検出の信頼性を向上させることがで
きる、等の格別の効果を奏する。
若干の実施の形態に関する説明から理解されるように、
この発明は、試料の表面の電位を均一化することが可能
である、試料の表面から放出された電子線を用いて収差
と歪みの小さい電子像を取得することができる、試料の
表面における欠陥の検出の信頼性を向上させることがで
きる、等の格別の効果を奏する。
【図１】この発明に係る電子ビーム装置の第１の実施の
形態を概略的に示す図である。
形態を概略的に示す図である。
【図２】ＳｉＯ2製の絶縁物に電子線を照射したとき
の、照射電子線のエネルギーと二次電子の放出効率σと
の関係を示すグラフである
の、照射電子線のエネルギーと二次電子の放出効率σと
の関係を示すグラフである
【図３】この発明に係る電子ビーム装置の第２の実施の
形態を概略的に示す図である。
形態を概略的に示す図である。
【図４】この発明に係る電子ビーム装置の第３の実施の
形態を概略的に示す図である。
形態を概略的に示す図である。
【図５】この発明に係る電子ビーム装置の第４の実施の
形態を概略的に示す図である。
形態を概略的に示す図である。
【図６】この発明に係る電子ビーム装置の第５の実施の
形態を概略的に示す図である。
形態を概略的に示す図である。
【図７】半導体デバイス製造方法の一例において行われ
る主工程を示すフローチャートである。
る主工程を示すフローチャートである。
【図８】図７のリソグラフィ工程の内容を示すフローチ
ャートである。
ャートである。
１：カソード、 ２：ウェーネルト電極、 ３：アノー
ド、 Ｓ：第１の電子源、 ４、５、６：静電レンズ、
７：開口板、 ８：Ｅ×Ｂフィルタ、 ９：試料、
１０：ステージ、 １１、１２、１３：静電レンズ、
１４：マルチチャンネル・プレート、 １５：蛍光板、
１６：リレー・レンズ、 １７：ＴＤＩ、Ｄ：検出
器、 １８：画像処理機構、Ｓ’：第２の電子源、
Ｌ：レーザ光源、 １９：レーザ光、 ２０、２１、２
２：四極子レンズ、 ２３：走査コイル、 ２４：検出
器
ド、 Ｓ：第１の電子源、 ４、５、６：静電レンズ、
７：開口板、 ８：Ｅ×Ｂフィルタ、 ９：試料、
１０：ステージ、 １１、１２、１３：静電レンズ、
１４：マルチチャンネル・プレート、 １５：蛍光板、
１６：リレー・レンズ、 １７：ＴＤＩ、Ｄ：検出
器、 １８：画像処理機構、Ｓ’：第２の電子源、
Ｌ：レーザ光源、 １９：レーザ光、 ２０、２１、２
２：四極子レンズ、 ２３：走査コイル、 ２４：検出
器
─────────────────────────────────────────────────────
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 21/66 Ｊ
(72)発明者 山崎 裕一郎
神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株
式会社東芝横浜事業所内
(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 畠山 雅規
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
(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） 2G001 AA03 AA07 AA09 BA07 CA03
DA01 DA08 DA09 EA04 HA13
JA02 JA03 KA03 LA11 MA05
4M106 BA02 CA15 CA38 DB05 DB07
DB08
5C033 AA02 AA05 NN01 NP04 NP05
Claims (11)
- 【請求項１】 一次電子線を放出して試料を照射するた
めの第１の照射手段と、 前記一次電子線で照射された前記試料の表面から放出さ
れた二次電子を結像させるための写像光学機構と、 前記二次電子を検出するための検出器と、 前記検出器からの信号を処理する画像処理機構と、 を具備することを特徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項２】 請求項１に記載の電子ビーム装置であっ
て、前記一次電子線のビーム・エネルギーが２〜４ｋｅ
Vであり、前記試料の表面の絶縁物を負帯電とすること
でチャージアップを低減することにより、前記試料の観
察、評価を行うことを特徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項３】 請求項１または２に記載の電子ビーム装
置であって、前記写像光学機構の分解能が０．１μｍ以
下であり、且つ、視野の最大像高が５０μｍ以上である
ことを特徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項４】 請求項１〜３のいずれか一つに記載の電
子ビーム装置であって、前記一次電子線と前記二次電子
とを分離するためのＥ×Ｂフィルタ等の分離手段を更に
備えることを特徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項５】 請求項１〜４のいずれか一つに記載の電
子ビーム装置であって、前記検出器がＴＤＩ等のライン
・センサを含むことを特徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか一つに記載の電
子ビーム装置であって、電子線を放出して前記試料を照
射するための第２の照射手段を更に備え、前記第２の照
射手段で前記試料を照射した後に前記第１の照射手段で
前記試料を照射して前記試料を観察することを特徴とす
る電子ビーム装置。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか一つに記載の電
子ビーム装置であって、前記第２の照射手段からの電子
線のビーム・エネルギーが２〜４ｋｅＶであることを特
徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項８】 請求項１〜７のいずれか一つに記載の電
子ビーム装置であって、前記試料に光を照射するための
レーザ光源又は（インコヒーレント光）光源ランプを更
に備えることを特徴とする電子ビーム装置。 - 【請求項９】 請求項８に記載の電子ビーム装置であっ
て、前記レーザ光又は前記光源ランプの波長帯域が３０
０〜６００ｎｍ又はそれ以下であることを特徴とする電
子ビーム装置。 - 【請求項１０】 請求項９に記載の電子ビーム装置であ
って、前記レーザ光又は前記光源ランプの照射密度が１
Ｗ／ｃｍ2以上であることを特徴とする電子ビーム装
置。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか一つに記載
の電子ビーム装置を用いて、プロセス途中のウェハの欠
陥を検査することを特徴とするデバイス製造方法。
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