JP2004533094A

JP2004533094A - Ｔｄｉ検出装置、フィードスルー機器、これらを利用した電子線装置、並びに、該電子線装置を用いた半導体デバイス製造法

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Publication number: JP2004533094A
Application number: JP2002590652A
Authority: JP
Inventors: 雅規畠山; 徹佐竹; 武司村上; 賢治渡辺; 伸治野路
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2001-05-15
Filing date: 2002-05-14
Publication date: 2004-10-28
Anticipated expiration: 2022-05-14
Also published as: US7521692B2; KR20040005966A; WO2002093906A1; US7285010B2; KR100889351B1; US20040173762A1; US20080023651A1; EP1936953A2; EP1936953A3; CN1520680A; DE60229740D1; CN1287587C; JP4090890B2; EP1393546A1; EP1393546B1

Abstract

【解決手段】
電子線装置は、ＴＤＩセンサー６４と、フィードスルー機器５０と、を有する。フィードスルー機器は、異なった環境を分離するフランジ５１に取り付けられたピン５２と、ピン５２と対をなす他のピン５３とを接続するソケットコンタクト５４とを有し、ピン５２と他のピン５３とソケットコンタクト５４は、接続部を構成し、ソケットコンタクト５４は、弾性体６１を有する。よって、接続部を多くしても、接続力が小さくなり、センサー破損を防止できる。ピン５３にはＴＤＩセンサー６４が接続され、そのピクセル配列が、写像光学系の光学特性に基づき適性化されている。該センサーは、写像投影光学系の視野を可能な限り小さくすると共に該視野内の最大許容歪みを大きく取れる積算段数を持つ。更にＴＤＩセンサーのデータレートを小さくせず且つピン数を可能な限り増加させないように積算段数が決定される。好ましくは、ライン数と積算段数がほぼ等しい。
【選択図】図２

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は、写像投影光学系により投影された電子の像を検出するために使用されるＴＤＩ検出装置、圧力差やガス種の異となる条件、例えば真空と大気を分離して用いるような状況で、多数の接続ピンを持ち且つ高周波応答特性を実現するフィードスルー機器、該フィードスルー機器を備えるＴＤＩ検出装置を利用した電子線装置、並びに、該電子線装置を用いた半導体デバイス製造法に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１２には、試料の表面に一次電子線を照射し、該試料の表面から生じる二次電子線をマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）に写像投影し、増倍した電子で蛍光面を光らせ、多数の検出素子により二次電子画像信号を取得する、従来における写像投影型の電子線装置が示されている。図１２に示すように、符号９０は、大気側に設けられたＴＤＩカメラを示し、符号９１は、真空状態のチャンバ内に設けられたＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリーを示している。このアッセンブリー９１には、写像投影型の電子線装置の好ましい検出素子としてＴＤＩセンサー（Time Delay and Integration）９２が設けられている。真空側に配置されたＴＤＩセンサー９２と、大気側に配置されたＴＤＩカメラ９０とは、フランジ９３に取り付けられたフィードスルー機器によって電気的に接続されている。
【０００３】
図１３及び図１４には、フランジ９３に設けられたフィードスルー機器９４を示している。図１３及び図１４に示すように、フィードスルー機器９４は、フランジ９３に取り付けられた、ＴＤＩカメラ９０側の複数のピン９６と、ＴＤＩセンサー９２側の複数のピン９５と、ピン９６とピン９５とを連結する複数のソケット９７とで主に構成されている。ピン９５とソケット９７とを嵌合させると共に、ピン９６とソケット９７とを嵌合させることによって、真空側に配置されたＴＤＩセンサー９２と、大気側に配置されたＴＤＩカメラ９０とが電気的に接続される。
【０００４】
図１３及び図１４に示す従来のフィードスルー機器９４は、接続するピンの本数が少ない場合には、ピンとソケットとを嵌合する時における接続力（抵抗力）は小さくてよいが、接続するピンの本数が多い場合には、大きな接続力が必要となり、そのため、この大きな接続力によって、フィードスルー機器によって接続される半導体センサー等が破損してしまう等の問題が生じてしまう。例えば、１本のピンの接続に要する力が１ｋｇであり、ピンの本数が１００本有する場合には、１００ｋｇの力が必要となるため、無理に接続しようとすると、半導体センサー等が破損してしまう場合がある。
【０００５】
また、接続するピンの本数が少ない場合には、接続力は小さいため、この接続力によって半導体センサー等が破損することはないが、表面が広いウェーハを検査する場合には、接続するピンの本数が少ないために検査時間が長くなってしまうと共に、高精度、かつ、信頼性の高い検査を効率よく行うことができないという問題がある。
【０００６】
一方、ＴＤＩセンサー９２として、例えば、ピクセルサイズ１６μｍ、水平解像度２０４８ピクセル、積算段数５１２、タップ数（ＴＤＩセンサーの信号端子数）３２、ラインレート２５０ｋＨｚ、データレート２５ＭＨｚ×３２（タップ数）＝８００ＭＨｚというものがある。これは、２０４８ピクセルのＣＣＤ撮像素子を長手方向に沿って並べてなるライン撮像素子を、更に短手方向に沿って５１２ライン並べて矩形状に構成したものである。
【０００７】
ＴＤＩセンサーは、その短手方向が、試料の走査方向に対応するＹ方向に平行に配置され、その長手方向がＸ方向に平行に配置される。即ち、ステージは、試料をＴＤＩセンサーの短手方向に沿って連続移動させる。このとき、ＴＤＩセンサーにおけるある１つのライン撮像素子により撮像された試料上の２０４８ピクセル分の直線領域は、走査方向に隣接する次のライン撮像素子によって順次撮像されていく。ステージ移動とライン撮像素子の信号出力とを同期させておけば、１つのＴＤＩセンサーで、５１２のライン撮像素子の出力信号を順次時間遅延させて得られた５１２の時間遅延信号は、試料上の２０４８ピクセル分のある１つの直線領域の画像データに対応する。そこで、１つのＴＤＩセンサーは、これらの５１２の時間遅延信号を加算して出力する。この加算処理によって、各ライン撮像素子のノイズ成分が相殺され、画像データ信号のＳ／Ｎ比を大幅に向上させることができる。更に５１２のライン撮像素子の出力信号について遅延時間をシフトさせれば、同様に、試料上で隣接する他の直線領域についての５１２の時間遅延信号が得られる。１つのＴＤＩセンサーは、順次、それらの信号を直線領域毎に加算出力し、その結果、試料上の被検査領域全体の画像信号が得られる。
【０００８】
上記例のＴＤＩセンサーは、有効領域３２．７６８×８．１９２ｍｍとなり、このＴＤＩセンサーを欠陥検査装置に用いると、写像投影位置における視野は、センサー有効領域の対角線寸法である３３．７７６ｍｍとなる。そのため、写像投影光学系は、この写像投影位置における視野全体に亘って、ある値以内の収差に納めるように設計しなければならない。その仕様を満たす鏡筒の長さは、１ｍ近くなる。従って、振動対策が大変になり、それによって装置寸法に制約をきたすことになる。静電界のみを用いた光学系においては相似則が成り立つので、視野を小さく設計しても構わなければ、それに比例して鏡筒長さを小さくできる。
【０００９】
また、投影された写像の歪みが大きいと、ＴＤＩセンサーの積算端部と中心位置での像のずれが大きくなるので、その積算効果により像のボケとなって現れる。そのため、歪みの設計仕様は視野全面に亘って例えば１／１０ピクセルに当たる１．６μｍ程度と非常に厳しく、そのため光学機構が複雑になり、また鏡筒長さが長くなる要因となる。歪みは視野の３乗に比例するので、視野が小さければ小さい程、歪みが小さくなり、また、積算端部と中心付近での像のずれも小さくなるので、許容できる歪みを大きく取れるので、光学機構が簡素化できたり、鏡筒長さを小さくできる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、上述のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、写像投影光学系の光学特性の歪みの影響を可能な限り回避すると共に、データ送出量の確保、パッケージのピン数最適化、機構の簡素化、及び、鏡筒長さの短縮化を可能とするＴＤＩ検出装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、本発明は、接続するピンの本数を多くしても、接続力を小さくして、フィードスルー機器によって接続されるＴＤＩセンサー等のデバイス破損を防止することができるフィードスルー機器を提供することを目的とする。また、高速、高周波での信号伝達を可能とし、多数の半導体センサーまたは高周波数動作のＣＣＤやＴＤＩの動作を実現することができ、高スループットでの検査を可能とすると共に、信頼性の高い欠陥等の検査を行うことができるフィードスルー機器を提供することを目的とする。
【００１２】
また、本発明は、上記ＴＤＩ検出装置及び上記フィードスルー装置を利用した電子線装置を提供することを別の目的とする。
更に、本発明は、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、デバイス製品の歩留まりの向上及び欠陥製品の出荷防止を図った半導体デバイス製造方法を提供することを更に別の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のＴＤＩ検出装置は、写像投影光学系により投影された電子の像を検出するＴＤＩセンサーを有する、ＴＤＩ検出装置であって、該ＴＤＩセンサーのピクセル配列が、該写像光学系の光学特性に基づいて適性化されていることを特徴とする。
【００１４】
即ち、本発明のＴＤＩ検出装置では、写像光学系の光学特性に基づいてピクセル配列を適性化するというきわめて簡単な手段によって、写像投影光学系の光学特性の歪みの影響を可能な限り回避すると共に、データ送出量の確保、機構の簡素化及び鏡筒長さの短縮化を可能とした点に特徴がある。
【００１５】
ＴＤＩセンサーの適正化されたピクセル配列の好ましい一態様は、ＴＤＩセンサーが、写像投影光学系の視野を可能な限り小さくして該視野内の最大許容歪みを大きく取ることを可能にする、積算段数を持つことを特徴とする。この態様では、積算段数を調節することにより、写像投影光学系の歪みが大きい視野周辺の影響を回避する。
【００１６】
更には、ＴＤＩセンサーが、該センサーのデータレートを小さくせず、且つ、パッケージのピン数を可能な限り増加させないように積算段数が決定されていることが好ましい。
以上のようにしてピクセル配列が適性化されたＴＤＩセンサーの一例としての好ましい態様は、ライン数と積算段数がほぼ等しくなる。
【００１７】
上記ＴＤＩ検出装置の一態様は、ＴＤＩセンサーのみのパッケージとして構成された状態、即ち、ＴＤＩセンサーに周辺機器が接続されていない状態で提供されてもよい。
また、上記ＴＤＩ検出装置の他の態様は、ＴＤＩセンサーからの検出信号を処理するための画像処理手段と、ＴＤＩセンサー及び前記画像処理手段を各々異なる環境に分離するように配置された、フランジと、該フランジを通して、ＴＤＩセンサー及び画像処理手段を信号伝達可能に接続するためのフィードスルー手段と、を更に含んで構成される。
【００１８】
好ましくは、フランジは、圧力又はガス種が異なる環境を分離するように使用される。その一例として、電子線装置内部をフランジにより真空に保った状態で、ＴＤＩセンサーを真空側に配置し、画像処理手段を大気側に配置し、両者をフィードスルー手段により信号伝達可能に接続すれば、電子線が空気に影響を及ぼされない状態でも適切に二次電子画像の取得が可能となる。
【００１９】
特に好ましいフィードスルー手段は、ＴＤＩセンサーに接続された第１のピンと対をなして、画像処理手段に接続された第２のピンと、第１のピンと第２のピンとを接続するソケット手段と、を含み、該ソケット手段は、第１のピンと第２のピンとの接続力に抗して弾性力を作用する弾性手段が設けられたことを特徴とする。好ましくは、第１のピン、第２のピン及びソケット手段が各々複数設けられており、フィードスルー手段が複数の接続箇所を画成している。
【００２０】
このように本発明に係るフィードスルー手段は、第１のピンと第２のピンとを接続するとき弾性手段による弾性力が作用するため、従来におけるピンとソケットとを嵌合させるときの接続力に比べて、略１／５〜１／１０以下の非常に小さな接続力で接続することができる。
【００２１】
かくして、接続箇所を多くしても、全体としての接続力を小さくすることができるため、接続時にＴＤＩセンサーの破損を的確に防止することができる。また、接続箇所を多数設けることにより、高速、高周波での信号伝達が可能となるため、高周波数動作でデータレートを大きくしたＴＤＩセンサーを実現することができる。
【００２２】
以上のようにピクセル配列が適正化され、且つ、弾性手段を有するフィードスルー手段を介して画像処理手段に接続されたＴＤＩセンサーを、電子線装置に有利に組み込むことができる。本発明の電子線装置は、一次電子線を発生する電子源と、一次電子線を試料に結像させるための照明光学系と、試料から放出された二次電子を写像投影する写像投影光学系と、写像投影された二次電子の像を検出するように配置された、上記に定義されたＴＤＩ検出装置と、を含んで構成される。
【００２３】
この電子線装置によれば、写像光学系の光学特性に基づいて、組み込んだＴＤＩセンサーのピクセル配列が適性化されているので、該写像投影光学系の有効視野を小さく設計でき、電子線装置の鏡筒の小型化が可能になる。更に、光学設計で許容できる歪みが大きくできたり、球面収差以外の幾何収差や軸上色収差以外の色収差の低減が期待できるので、光学機構の簡素化等が図れる。また、データレート等の向上を図ったＴＤＩ検出装置を組み込むことが可能となるため、試料表面の構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査をより効率的に行うことができる。
【００２４】
このような電子線装置を用いて、ウェーハプロセス途中又は少なくとも１つのウェーハプロセス終了後のウェーハとしての試料を評価することが可能となる。従って、表面検査に関しては、最小線幅０．１〜５μｍ以下の高密度パターンの欠陥を高精度、高信頼性、高スループットで検査を行うことができる。
【００２５】
本発明の別の態様は、上記フィードスルー手段を独立の機器として提供する。即ち、このフィードスルー機器は、一方の機器に接続可能なピンと、仕切り手段により該機器とは異なった環境に分離された他の機器に接続可能な他のピンと、を接続するソケットコンタクトを有し、前記ソケットコンタクトは、弾性体を有していることを特徴とする。なお、ピン、他のピン及びソケットコンタクトが各々複数設けられており、複数の接続箇所を画成するのが好ましい。また、仕切り手段は、好ましくは、圧力又はガス種が異なる環境を分離するように使用される。
【００２６】
本発明に係るフィードスルー機器のピンには、一方の機器として、ＴＤＩに限定されず、他のデバイス、例えばＭＣＰ、ＦＯＰ、ＣＣＤ等を接続してもよい。また、他のピンは、仕切り手段に接続されていてもよい。
【００２７】
本発明の更に別の態様は、機器に接続可能なピンと、該機器とは異なった環境に分離された他の機器に接続可能な他のピンと、を接続するソケットコンタクトを独立の機器として提供する。このソケットコンタクトは、弾性体を有していることを特徴とする。
【実施例】
【００２８】
以下、添付図面を参照して本発明の各実施例を説明する。
（ＴＤＩセンサー）
最適化されたＴＤＩセンサーの積算段数を決定する実施例を以下に示す。表１は、現状のＴＤＩセンサーと、総ピクセル数をほとんど変化させずに水平解像度と積算段数とを変化させたものについて、視野即ちセンサー有効領域の対角線長さ、及び、視野全体に亘って許容できる最大歪みを表す。
【００２９】
【表１】

【００３０】
表１より、視野は積算段数が１０２４のものが最小となり、許容最大歪みは積算段数が大きくなる程、大きくなることが判る。
図１は、許容最大歪みの決定方法の説明を表す。細線で描かれた格子は、ＴＤＩセンサーのピクセル配置を表す。写像投影光学系によってＴＤＩセンサー受光面に投影された写像は、歪みが無ければＴＤＩセンサーのピクセル配置に対応した像になるはずであるが、歪みがあるために、太線で描かれた格子のように投影される。歪みは、視野中心からの距離の３乗に比例するため、像中心よりも像端部の方が歪みが大きく、最大歪みは像の角部で発生する。よって最大許容歪みをσ_max、像中心〜像角部間距離をｒ_maxとすると、像の中心からの距離ｒの位置における歪みδは、δ＝（σ_max／ｒ_max）ｒ³で表される。
【００３１】
このような歪んだ像がＴＤＩセンサー受光面に投影されると、ＴＤＩセンサーの本来ピクセルに入るべき画像情報の幾らかは、入らなくなる。このような像が積算方向に積算段数分蓄積されると、そのラインピクセルでのコントラストの低下やぼけに繋がる。その度合いを定量的に判断するため、有効面積比で評価することにする。ＴＤＩセンサーの各ピクセルと歪みによってずれて投影された画像情報の重なった面積（図中ハッチングした箇所）をピクセル面積で除したものを有効面積比と定義する。実際は、ずれて投影された画像情報は、その形状自体も歪むが、今回それは考慮せずに、位置だけずれると考える。位置ずれの大きさは上述したδであり、位置ずれの方向は像中心からのそのピクセル位置を望む方向であるから、像中心からのピクセル位置までの水平方向距離をｒ_x、積算段数方向距離をｒ_y、位置ずれの水平方向成分をσ_x、位置ずれの積算段数方向をσ_yと置くと、
σ_x＝δｒ_x／ｒ、σ_y＝δｒ_y／ｒで表される。よって、有効面積比Ｒｓは、ピクセル寸法をａとすると、
Ｒｓ＝（ａ−σ_x）（ａ−σ_y）／ａ²
＝（ａ−（δ_max／ｒ_max ³）ｒ³ｒ_x／ｒ）×
（ａ−（δ_max／ｒ_max ³）ｒ³ｒ_y／ｒ）／ａ²
ラインピクセルでのコントラストや像のボケは、各ピクセルでの有効面積比Ｒｓを積算方向に積算段数ｎの平均を取った値ΣＲｓ／ｎで評価する。
【００３２】
今回ΣＲｓ／ｎ＝０．９（面積ずれの平均１０％）となるようなδ_maxを算出したものが、上記表１の値である。上述の過程で光学特性を考慮したＴＤＩセンサーのピクセル配置を最適化したが、最適化を行っても現状と同等の検査スループットを確保できることが望ましい。そのためには、単位時間当たりのデータ送出量を同等にすればよい。
【００３３】
現状のＴＤＩセンサーは、１／２５０ｋＨｚ＝４μｓの間に２０４８の画像信号を送出できる。しかし、１つの信号端子からノイズ等の影響を受けずに正しく取り出せるデータレートは、現状２５ＭＨｚ程度である。そこで、現在は、２０４８の画像信号を３２の信号端子で分担して送出している。つまり、１つの信号端子から４μｓの間に２０４８／３２＝６４の画像信号を取り出せればよい。４μｓ×２５ＭＨｚ＝１００であり、６４の画像信号は十分取り出せる事が判る。実際は、６４の画像信号以外に、積算方向に蓄積した電荷をデータ送出用のＣＣＤに移すために、データレートにしてオーバークロックトピクセル（"overclocked pixel"）数２０程度の時間分余裕を確保しておかなければならない。よって、６４＋２０＝８４＜１００となり、十分である。
【００３４】
上述したようにピクセル配列を最適化したＴＤＩセンサーの場合、積算段数が大きくなり、それに反比例して水平方向ピクセル数は小さくなる傾向である。よって、ラインレートの１周期の間に送出できる画像信号は減少することになる。すると、単位時間当たりの画像信号送出量を小さくしたくなければ、ラインレートを大きくしなければならない。１つの信号端子から送出できるデータレートの上限は変えられないので、１つの信号端子からラインレートの１周期間に取り出せるデータ量は減少することになる。ラインレートの１周期の間に送出される総画像信号も減少するが、信号端子当たりのデータ送出量減少を補うためには、信号端子数を増やす必要があり、それはＴＤＩセンサーのピン数の増加や、ひいてはパッケージ面積の増大に繋がる。
【００３５】
表２は、ピクセル配置を変えたＴＤＩセンサーにおける必要なラインレート、限界データ送出量、信号端子数、そして１信号端子当たり１周期当たりのデータ送出量を表す。限界データ送出量は２５ＭＨｚをラインレートで除したもの、１信号端子当たり１周期当たりのデータ送出量は、水平解像度を信号端子数で除したものにオーバークロックトピクセル数＝２０を加算したものである。１信号端子当たり１周期当たりのデータ送出量が限界データ送出量を超えないように信号端子数を決定した。これより、水平解像度が１０２４よりも小さくなると、信号端子数が急に大きくなることが判る。現状のＴＤＩセンサーのピン数は約２００である。ピン数が単純に信号端子数に比例して増加することはないが、仮にそう仮定すると、水平解像度７６８のものでピン数５００、水平解像度５１２のものでピン数１０００となる。ピン数の増大は、特にＴＤＩセンサーを鏡筒内の真空雰囲気に入れて使用する際、信号を大気に取り出すためのフィードスルーのコストを膨大に増やすため、望ましくない。
【００３６】
【表２】

【００３７】
光学特性と信号端子数とからＴＤＩセンサーのピクセル配置の最適化を検討した結果、視野が最も小さく、また信号端子数増加の少ない、水平解像度１０２４×積算段数１０２４のピクセル配置のＴＤＩセンサーが、写像投影光学系を用いた電子線欠陥検査装置の検出器として最適であることが分かった。
【００３８】
また、このＴＤＩセンサーは、視野の現状のものに比して２／３程度であることから、相似則により鏡筒長さを現状の２／３程度に小さくできる可能性がある。また、視野が小さくなることによって、球面収差以外の幾何収差と軸上色収差以外の色収差を低減できる効果も期待できる。
（フィードスルー機器）
以下、本発明に係るフィードスルー機器の実施例について図面を参照しながら説明する。図２において、符号５０は、フィールドスルー機器を示している。このフィールドスルー機器５０は、異なった環境を分離するためのフランジ５１に取り付けられたピン５２と、このピン５２と対をなす他のピン５３とを接続するソケットコンタクト５４とから主に構成されている。図示のフランジ５１は、大気（図２において下側）と真空（図２において上側）とを分離している。
【００３９】
フランジ５１は、外縁５５がメタルフランジで形成され、内縁５６がガラスやセラミックなどの絶縁体で形成されている。内縁５６は、溶接加工等によって外縁５５に一体に取り付けられている。内縁５６には、１つあるいは複数の孔５７が形成されていて、この孔５７にピン５２が銀ロウ付け等によって固定されて取り付けられている。ピン５２としては、コバールなどの、上記絶縁体と熱膨張率の近い金属を用いることができる。ピン５２の下端は、大気側に配置されているＴＤＩカメラ等の装置５８と接続されている。一方、ピン５２の上端は、ソケットコンタクト５４の下端側の接続孔６２に嵌合されている。
【００４０】
ソケットコンタクト５４内には、両端に受け座５９、６０がそれぞれ取り付けられた弾性体としてのコイルバネ６１が、ソケットコンタクト５４の軸方向（図２において上下方向）に移動可能に設けられている。コイルバネ６１の下端側に設けられた受け座６０は、ピン５２の上端と接触するようになっている。
【００４１】
ソケットコンタクト５４の上端側は、下端側の接続孔６２よりも外径が小さい接続孔６３が形成されていて、この接続孔６３には、ピン５２と対をなす他のピン５３が挿通されている。ピン５３としては、コバールなどの、上記絶縁体と熱膨張率の近い金属を用いることができる。図示のように、ピン５３の下端は、コイルバネ６１の上端側に設けられた受け座５９と接触するようになっている。また、ピン５３の上端は、真空側に配置されているＴＤＩセンサー等の装置６４と接続されている。装置６４は、図１に示したピクセル配列が適正化されたＴＤＩセンサーであるのが好ましいが、他の半導体デバイスでもよい。
【００４２】
ピン６２が受け座６０と接触すると共に、ピン５３が受け座５９と接触することによって、大気側に設けられたＴＤＩカメラ等の装置５８と、真空側に設けられたＴＤＩセンサー等の装置６４とが電気的に接続される。また、ピン５２とピン５３と、両端に受け座５９、６０がそれぞれ取り付けられたコイルバネ６１を有するソケットコンタクト５４とは、フィールドスルー機器５０の接続部を構成しており、この接続部は、１つ又は複数設けることができる。図２には、接続部が二つ設けられたものを示している。
【００４３】
次に、フィールドスルー機器５０の接続部の接続手順について述べる。図２及び図６に示すように、フランジ５１に固定されて取り付けられたピン５２の上端をソケットコンタクト５４の下端側の接続孔６２に嵌合させる。この嵌合によって、ピン５２の上端は、ソケットコンタクト５４内において、コイルバネ６１の下端側に設けられた受け座６０と当接する。次に、ピン５３の下端を、ソケットコンタクト５４の上端側の接続孔６３に挿通させ、コイルバネ６１の上端側に設けられた受け座５９を押し当てる。コイルバネ６１は、ソケットコンタクト５４の軸方向（図２において上下方向）に収縮した状態となり、ピン５２及びピン５３を受け座５９，６０を介して上記軸方向外方に押圧（付勢）する。
【００４４】
これによって、ピン５２とピン５３とが、両端に受け座５９、６０がそれぞれ取り付けられたコイルバネ６１を介して電気的に接続され、もって、大気側に設けられたＴＤＩカメラ等の装置５８と、真空側に設けられたＴＤＩセンサー等の装置６４とが電気的に接続される。
【００４５】
また、図５には、真空側に設けられたＴＤＩセンサー等の装置６４を、表面検査装置のチャンバ内に取り付けた場合の取付手順を示している。まず、上述のように、フランジ５１の内縁５６に固定されて取り付けられたピン５２の上端をソケットコンタクト５４の下端側の接続孔６２に嵌合させる。この嵌合によって、ピン５２の上端は、ソケットコンタクト５４内において、コイルバネ６１の下端側に設けられた受け座６０と当接する。
【００４６】
次に、図５（ａ）に示すように、ＴＤＩセンサー等の装置６４側に接続されている多数のピン５３の下端を、各ソケットコンタクト５４の上端側の接続孔６３に挿通させ、図２に示すようにコイルバネ６１の上端側に設けられた受け座５９を押し当てる。コイルバネ６１は、ソケットコンタクト５４の軸方向（図２において上下方向）に収縮した状態となり、ピン５２及びピン５３を受け座６２，６３を介して上記軸方向外方に押圧（付勢）する。これによって、ピン５２とピン５３とが、両端に受け座５９、６０がそれぞれ取り付けられたコイルバネ６１を介して電気的に接続され、もって、大気側に設けられたＴＤＩカメラ等の装置５８と、真空側に設けられたＴＤＩセンサー等の装置６４とが電気的に接続される。
【００４７】
また、ＴＤＩセンサー等の装置６４側に接続されている多数のピン５３の下端を、各ソケットコンタクト５４の上端側の接続孔６３に挿通させると、図５（ｂ）に示すように、ＴＤＩセンサー等の装置６４はソケットコンタクト５４上に載置される。この装置６４の外枠には、保持部材６７が設けられ、この保持部材６７をねじ６８によってフランジ５１の内縁５６に取り付けることによって、装置６４はフランジ５１に固定されて取り付けられる。装置６４が取り付けられたフランジ５１は、図５（ｃ）に示すように、装置６４が取り付けられた側が真空側になるようにチャンバ６９に取り付けられる。
【００４８】
上記実施例によれば、ＴＤＩセンサー等の装置６４側に接続されているピン５３を、ソケットコンタクト５４の接続孔６３に挿通させ、コイルバネ６１の押圧力（付勢力）に対向して受け座５９に押し当てることにより、ピン５３とソケットコンタクト５４とピン５２とを接続しているため、従来におけるピンとソケットとを嵌合させるときの接続力に比べて、略１／５〜１／１０以下の非常に小さな接続力で接続することができる。
【００４９】
例えば、真空側に設けられた装置６４として、ＴＤＩを始めとする半導体センサーを用い、５００ＭＨｚ以上の高速データ転送レートで、ピンを２００本有する場合には、従来においては、略２００ｋｇの接続力が必要となるため、無理に接続しようとすると、ＴＤＩ等が破損してしまう場合があったが、上記実施例によれば、非常に小さな接続力で容易に接続するため、上記破損を防止することができる。
【００５０】
また、接続力が小さいため、ピンを多数、すなわち上記接続部を多数設けた場合には、特に有効である。また、上記接続部を多数設けることにより、高速、高周波での信号伝達を可能とし、多数の半導体センサーまたは高周波数動作のＣＣＤやＴＤＩの動作を実現することができ、試料表面の構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査を効率的に行うことができる。さらには、表面検査に関しては、最小線幅０．１〜５μｍ以下の高密度パターンの欠陥を高精度、高信頼性、高スループットで検査を行うことができる。
【００５１】
上記実施例では、フランジ５１は、大気（図２において下側）と真空（図２において上側）とを分離しているが、これに限らず、フランジ５１は圧力が異なる環境を分離することができるし、ガス種が異なる環境を分離することもできる。また、フランジ５１には、大気側に設けられた装置として装置５８、あるいは真空側に設けられた装置６４として、ＴＤＩに限定されず、ＭＣＰ、ＦＯＰ、又は、ＣＣＤを接続させることができる。
【００５２】
また、図３に示すように、ソケットコンタクト５４を内径０．５ｍｍ、肉厚０．２ｍｍ、長さ寸法１５ｍｍに設定すると共に、ピン５２が嵌合する側の一端、すなわち、接続孔６２が設けられた一端に、ソケットコンタクト５４の軸方向に伸びたスリット７０を形成させることができる。このように、スリット７０を設けることにより、ピン５２をソケットコンタクト５４の接続孔６２に容易に嵌合させることができる。
【００５３】
また、ソケットコンタクト５４を真空等の圧力が異なる環境に配置させる場合には、図４において符号７１で示すように、ソケットコンタクト５４の側面に、１つあるいは複数のガス抜き用穴を形成し、このガス抜き用穴７１からソケットコンタクト５４の内部の真空排気を行い、周囲のガス圧力の悪化を防止することができる。因みに、ガス抜き用穴７１を設けない場合には、ソケットコンタクト５４の両端の接続孔６２、６３からソケットコンタクト５４の内部のガスが徐々に放出され、周囲の真空圧力に制限を与える等の悪影響を及ぼしてしまう。また、ＭＣＰやＣＣＤ等の圧力環境に敏感なセンサーを用いている場合には、これらのセンサーの寿命を劣化させてしまう場合もある。
【００５４】
いままで述べてきたものは、弾性体としてコイルバネを用いているが、スパイラルバンドなどを弾性体として用いることができる。図７には、弾性体としてスパイラルバンドが用いられたものを示している。図７（ａ）に示すように、ソケットコンタクト７４は、上部ソケット７５と下部ソケット７６が一体となって構成されている。上部ソケット７５の上端には、ピン５３が挿入される接続孔７７が形成されており、その側面にはガス抜き用穴７１が形成されている。同様に、下部ソケット７６の下端には、ピン５２が嵌合される接続孔７８が形成されており、その側面にはガス抜き用穴７１が形成されている。この上部ソケット７５の下端と下部ソケット７６の上端とが固着されることにより、ソケットコンタクト７４が構成される。
【００５５】
上部ソケット７５内には、弾性体としてのスパイラルバンド７９が設けられている。スパイラルバンド７９は、上リング８０と、下リング８１と、弾性力のあるスパイラルワイヤー束８２とを備えている。スパイラルワイヤー束８２は、上リング８０と下リング８１とを連結している。スパイラルワイヤー束８２を構成する各ワイヤーは、上リング８０と下リング８１との間をスパイラル状に伸びている。このスパイラルバンド７９は、下リング８１が上部ソケット７５の下端の内底面に取り付けられて上部ソケット７５内に設けられている。上リング８０の内径は、ピン５３の外径よりも大きい寸法に形成されている。
【００５６】
次に、接続手順について述べる。まず、ピン５２の上端を下部ソケット７６の接続孔７８に嵌合させる。次に、ピン５３の下端を、上部ソケット７５の接続孔７７に挿通させて、スパイラルバンド７９の上リング８０に挿通させ、スパイラルワイヤー束８２の内方弾性力に抗してスパイラルワイヤー束８２内に押し入れる。ピン５３を上リング８０に挿通させてスパイラルワイヤー束８２内に押し入れると、図７（ｂ）に示すように、上リング８０が下リング８１に対して回動して、スパイラルワイヤー束８２は、その中心部が外方に向けて押し広げられた状態になる。この状態でスパイラルワイヤー束８２は、自身の弾性力でピン５３を包囲して内方に押圧する。これによって、ピン５２とピン５３とが、スパイラルバンド７９、上部ソケット７５、及び下部ソケット７６を介して電気的に接続される。以上のように、ピン５３を上部ソケット７５の中心部に挿入する際に、一方のリングが他方のリングに対して回動することにより、その挿入を許容することになるので、挿入時の抵抗が小さくなり、組付けが容易になる。
【００５７】
このように、ピン５３をスパイラルワイヤー束８２の内方弾性力に抗してスパイラルワイヤー束８２内に押し入れることにより、ピン５３とソケットコンタクト７４とピン５２とを接続しているため、従来におけるピンとソケットとを嵌合させるときの接続力に比べて、略１／５〜１／１０以下の非常に小さな接続力で接続することができる。また、ピンにワイヤーが絡み付いている状態となるので、接続時におけるインピーダンスを小さくすることができるため、信号の高周波（例えば、１５０ＭＨｚ以上）応答性を実現することができる。
【００５８】
また、図２、図５、及び図６に示す実施態様と同様に接続力が小さいため、ピンを例えば１００本以上の多数、すなわち上記接続部を多数設けた場合には、特に有効である。また、上記接続部を多数設けることにより、高速、高周波での信号伝達を可能とし、多数の半導体センサーまたは高周波数動作のＣＣＤやＴＤＩの動作を実現することができ、試料表面の構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査を効率的に行うことができる。さらには、表面検査に関しては、最小線幅０．１〜５μｍ以下の高密度パターンの欠陥を高精度、高信頼性、高スループットで検査を行うことができる。
【００５９】
また、図７に示すものは、弾性体としてスパイラルバンド７９を用いているが、スパイラルバンド７９に代えて、図８に示すようにネットバンド８３を弾性体として用いることができる。ネットバンド８３は、上リング８０と、下リング８１と、弾性力のあるネット８４とを備えている。ネット８４は、上リング８０と下リング８１とを連結している。接続手順は、まず、図８（ａ）に示すように、ピン５２の上端を下部ソケット７６の接続孔７８に嵌合させる。次に、ピン５３の下端を、上部ソケット７５の接続孔７７に挿通させて、ネットバンド８３の上リング８０に挿通させ、ネット８４の内方弾性力に抗してネット８４内に押し入れる。ピン５３を上リング８０に挿通させてネット８４内に押し入れると、図８（ｂ）に示すように、上リング８０が下リング８１に向けて移動しつつ、ネット８４は、その中心部が外方に向けて押し広げられた状態になる。この状態でネット８４は、自身の弾性力でピン５３を包囲して内方に押圧する。これによって、ピン５２とピン５３とが、ネットバンド８３、上部ソケット７５、及び下部ソケット７６を介して電気的に接続される。以上のように、ピン５３を上部ソケット７５の中心部に挿入する際に、一方のリングが他方のリングに対して近づく方向に移動することにより、その挿入を許容することになるので、挿入時の抵抗が小さくなり、組付けが容易になる。また、上述と異なり、スパイラルではなく、斜めに多数のワイヤが接続されているだけでも良い。この時、ピンが挿入されると、その部分のワイヤがピンにからみついて広がる。この様にして、ピンとの接触点が増えてコンタクト時における信号の高周波特性及び高電流の伝達特性を向上できる。
【００６０】
このように、ピン５３をネット８４の内方弾性力に抗してネット８４内に押し入れることにより、ピン５３とソケットコンタクト７４とピン５２とを接続しているため、従来におけるピンとソケットとを嵌合させるときの接続力に比べて、略１／５〜１／１０以下の非常に小さな接続力で接続することができる。また、接続時におけるインピーダンスを小さくすることができるため、信号の高周波（例えば、１５０ＭＨｚ以上）応答性を実現することができる。
【００６１】
また、図２、図５、図６及び図７に示す実施態様と同様に接続力が小さいため、ピンを例えば１００本以上の多数、すなわち上記接続部を多数設けた場合には、特に有効である。また、上記接続部を多数設けることにより、高速、高周波での信号伝達を可能とし、多数の半導体センサーまたは高周波数動作のＣＣＤやＴＤＩの動作を実現することができ、試料表面の構造評価、拡大観察、材質評価、電気的導通状態等の検査を効率的に行うことができる。さらには、表面検査に関しては、最小線幅０．１〜５μｍ以下の高密度パターンの欠陥を高精度、高信頼性、高スループットで検査を行うことができる。
（電子線装置）
次に、上記フィールドスルー機器を用いた写像投影型電子線装置について説明する。なお、真空側に設けられた装置（図２において符号６４で示す装置）として、図１で説明したＴＤＩセンサー、ＥＢＣＣＤ、ＣＣＤ等の電子を検出して信号を出力するセンサーや、光を検出して信号を出力するセンサーを用いる。また、検査対象を、シリコンウェー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とする。また、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、電子線等のビームを照射して検査を行うこととする。
【００６２】
図９に示すように、電子銃１から放出された電子線２は、成形開口（図示せず）で矩形に成形され、２段の静電レンズ３，４で縮小され、Ｅ×Ｂフィルター５の偏向中心面に１．２５ｍｍ角の成形されて結像される。成形ビームは、Ｅ×Ｂフィルター５で試料１０に垂直になるように偏向され、静電レンズ８，９で１／５に縮小されて試料１０を照射する。試料１０から放出される２次電子１１は、試料１０上のパターン情報に対応した強度を有しており、静電レンズ９，８，１２，１３で拡大され、検出器１４（図２において符号６４で示す装置）に入射する。検出器１４では、入射した２次電子１１の強度に対応した画像信号を生成し、基準画像と比較することにより、試料１０の欠陥等を検出する。
【００６３】
静電レンズ９と静電レンズ８とは、対称タブレットレンズを形成し、静電レンズ１２と静電レンズ１３も、対称タブレットレンズを形成しているので、これらの静電レンズ８，９，１２，１３は、無歪レンズとなっている。しかし、電極等が汚れていると多少の歪みが発生する場合もあるので、定期的に標準パターンを試料１１の表面に入れて歪みを測定し、歪み補正のパラメーターを算出しておく。
【００６４】
一方、試料１１として酸化膜や窒化膜が選択的に形成されているウェーハの場合は、光学系の歪みが補正されているのみでは不十分であるので、画像データを取得したら、パターンエッジから代表的な点を選んで基準画像データと比較させて歪み補正を行い、この補正後の比較によって、欠陥等を検出する。
【００６５】
また、同じダイを多数有するウェーハの場合、上記のように基準画像を用いる必要無しに、検出されたダイ同士の検出画像を比較することによっても欠陥部分を検出できる。例えば、１番目に検出されたダイの画像及び２番目に検出された他のダイの画像とが非類似であり、３番目に検出された別のダイの画像が１番目の画像と同じか又は類似と判断されれば、２番目のダイ画像が欠陥を有すると判定される。更に詳細な比較照合アルゴリズムを用いれば、２番目のダイ画像の欠陥部分を検出することも可能である。
（半導体デバイス製造法）
次に、図１０及び図１１を参照して、上記実施例で示した、上記フィールドスルー機器を用いた写像投影型電子ビーム検査装置により半導体デバイスを製造する方法の実施態様を説明する。
【００６６】
図１０は、半導体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチャートである。この実施例の製造工程は以下の主工程を含んでいる。
（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１００）
（２）露光に使用するマスクを製造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１０１）
（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１０２）
（４）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（ステップ１０３）
（５）組み立てられたチップを検査するチップ検査工程（ステップ１０４）
なお、上記のそれぞれの主工程は更に幾つかのサブ工程からなっている。
【００６７】
これらの主工程中の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼすのが（３）の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んでいる。
（Ａ）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）
（Ｂ）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
（Ｃ）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（レチクル）を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程
（Ｄ）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）
（Ｅ）イオン・不純物注入拡散工程
（Ｆ）レジスト剥離工程
（Ｇ）加工されたウェーハを検査する工程
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。
【００６８】
図１１は、上記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む。
（ａ）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２００）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ２０１）
（ｃ）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２０２）
（ｄ）現像されたレジストパターンを安定化するためのアニール工程（ステップ２０３）
上記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。
【００６９】
上記（Ｇ）の検査工程に欠陥検査方法、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、スループット良く検査できるので、全数検査が可能となり、製品の歩留まりの向上、欠陥製品の出荷防止が可能と成る。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、本発明に係るＴＤＩセンサーのピクセル配置の適正化を説明するための概略図である。
【図２】図２は、本発明に係るフィードスルー機器の実施例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明に係るフィードスルー機器に適用可能なソケットコンタクトの一例を示す断面図及び側面図である。
【図４】図４は、本発明に係るフィードスルー機器に適用可能なソケットコンタクトの別の一例を示す断面図及び側面図である。
【図５】図５は、上記実施例に適用可能な真空側に設けられた装置を、表面検査装置のチャンバ内に取り付けた場合の取付手順を示す概略斜視図である。
【図６】図６は、上記実施例に適用可能な接続部の取付手順を示す概略断面図である。
【図７】図７は、本発明に係るフィードスルー機器に適用可能なソケットコンタクトのさらに別の一例を示す部分断面図である。
【図８】図８は、本発明に係るフィードスルー機器に適用可能なソケットコンタクトのさらに別の一例を示す部分断面図である。
【図９】図９は、本発明に係るフィードスルー機器を用いた写像投影型電子ビーム検査装置を示す概略構成図である。
【図１０】図１０は、半導体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチャートである。
【図１１】図１１は、半導体デバイスの製造方法のうちリソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【図１２】図１２は、従来における表面検査装置を示す概略構成図である。
【図１３】図１３は、従来におけるフィードスルー機器のソケット及びピンを示す断面図である。
【図１４】図１４は、上記従来におけるフィードスルー機器のソケット及びピンの取付手順を示す概略断面図である。

Claims

写像投影光学系により投影された電子の像を検出するＴＤＩセンサーを有する、ＴＤＩ検出装置であって、
前記ＴＤＩセンサーのピクセル配列が、前記写像光学系の光学特性に基づいて適性化されていることを特徴とする、ＴＤＩ検出装置。
前記ＴＤＩセンサーは、前記写像投影光学系の視野を可能な限り小さくして該視野内の最大許容歪みを大きく取ることを可能にする、積算段数を持つことを特徴とする、請求項１に記載のＴＤＩ検出装置。
前記ＴＤＩセンサーは、該センサーのデータレートを小さくせず、且つ、パッケージのピン数を可能な限り増加させないように積算段数が決定されていることを特徴とする、請求項２に記載のＴＤＩ検出装置。
前記ＴＤＩセンサーは、ライン数と積算段数とがほぼ等しいことを特徴とする、請求項３に記載のＴＤＩ検出装置。
前記ＴＤＩセンサーのみのパッケージとして構成された請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＴＤＩ検出装置。
前記ＴＤＩセンサーからの検出信号を処理するための画像処理手段と、
前記ＴＤＩセンサー及び前記画像処理手段を各々異なる環境に分離するように配置された、フランジと、
前記フランジを通して、前記ＴＤＩセンサー及び前記画像処理手段を信号伝達可能に接続するためのフィードスルー手段と、
を更に含む、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＴＤＩ検出装置。
前記フィードスルー手段は、
前記ＴＤＩセンサーに接続された第１のピンと対をなして、前記画像処理手段に接続された第２のピンと、
第１のピンと第２のピンとを接続するソケット手段と、
を含み、
前記ソケット手段は、第１のピンと第２のピンとの接続力に抗して弾性力を作用する弾性手段が設けられたことを特徴とする、請求項６に記載のＴＤＩ検出装置。
前記第１のピン、前記第２のピン及び前記ソケット手段が各々複数設けられており、前記フィードスルー手段は、複数の接続箇所を画成することを特徴とする、請求項７に記載のＴＤＩ検出装置。
前記フランジは、圧力又はガス種が異なる環境を分離していることを特徴とする、請求項６に記載のＴＤＩ検出装置。
一次電子線を発生する電子源と、
一次電子線を試料に結像させるための照明光学系と、
前記試料から放出された二次電子を写像投影する写像投影光学系と、
写像投影された二次電子の像を検出するように配置された、請求項７に記載のＴＤＩ検出装置と、
を含む、電子線装置。
請求項１０に記載の電子線装置を用いて、ウェーハプロセス途中又は少なくとも１つのウェーハプロセス終了後のウェーハとしての前記試料を評価することを特徴とする、半導体デバイス製造方法。
フィードスルー機器であって、
一方の機器に接続可能なピンと、仕切り手段により該機器とは異なった環境に分離された他の機器に接続可能な他のピンと、を接続するソケットコンタクトを有し、
前記ソケットコンタクトは、弾性体を有していることを特徴とする、フィードスルー機器。
前記ピン、前記他のピン及び前記ソケットコンタクトが各々複数設けられ、複数の接続箇所を画成することを特徴とする、請求項１２に記載のフィードスルー機器。
前記仕切り手段は、圧力又はガス種が異なる環境を分離していることを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のフィードスルー機器。
前記ピンには、一方の機器として、ＭＣＰ、ＦＯＰ、ＣＣＤ、又は、ＴＤＩが接続されていることを特徴とする、請求項１２、１３又は１４に記載のフィードスルー機器。
前記他のピンは、前記仕切り手段に接続されていることを特徴とする、請求項１２に記載のフィードスルー装置。
機器に接続可能なピンと、該機器とは異なった環境に分離された他の機器に接続可能な他のピンと、を接続するソケットコンタクトであって、
弾性体を有していることを特徴とする、ソケットコンタクト。