JP3803271B2 - Electron beam apparatus and device manufacturing method using the apparatus - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、最小線幅0.1μm以下のパターンを有するウエハの評価を高いスループットでかつ高い信頼性の下で行える電子線装置、並びにそのような電子線装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
差動排気装置と電子線装置とを組み合わせた装置は既に公知である。また、対物レンズの下に差動排気装置を組み込み、大気中にあるウエハに電子線で露光する装置が過去において公表されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
かかる従来技術による、対物レンズの下に差動排気装置を有する装置では、対物レンズの像点距離が長くなり、必然的に対物レンズの球面収差や色収差が大きくなり、カソードにLaB6を使用した電子銃のごときエネルギ幅の大きな電子銃と組み合わせて使用すると、ビームを小さく絞れない問題があった。
また、リターディングをかける電子線装置ではレンズとウエハとの間に差動排気のために設置された部材が割り込むので光学特性が良くないという問題点があった。
【0004】
本発明が解決しようとする一つの課題は、真空条件の厳しい静電レンズでも差動排気が可能な電子線装置を提供することである。
本発明が解決しようとする他の課題は、減速電界対物レンズのような放電を起こし易いシステムでの差動排気を可能にした電子線装置を提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、LaB6製カソードを使用する電子銃と差動排気との組み合わせを可能にし、その電子銃を空間電荷制限条件で動作させることによるショット雑音低減の利点を最大限に生かす電子線装置提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、上記のような電子線装置を用いて半導体デバイスを製造するデバイス製造方法を提供することである。
【0005】
本願の請求項1の発明は、電子銃及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する静電レンズより成る対物レンズを有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッドと、を備えた電子線装置において、前記対物レンズが上電極、中央電極及び下電極を備えていて、前記排気ヘッドは、その排気ヘッドの内側部材が、前記上電極と同軸の、前記下電極の円筒状部分の外側に配置されるようにして前記対物レンズの外側に配置され、前記検査対象を支持するステージ装置における前記検査対象の外側周辺部の部分及び前記検査対象がその検査対象の交換位置に移動されたときに前記排気ヘッドが位置する前記ステージ装置上の部分に、前記検査対象と同じ高さの差動排気用の部材を設けた点に特徴を有する。
本願の請求項2に記載の発明は、上記電子線装置を用いて、各ウエハプロセス終了後のウエハを評価することを特徴とするデバイス製造方法にある。
【0008】
【実施の形態】
以下図面を参照して本発明による電子線装置の実施形態を、検査対象としてウエハを使用した例について説明する。図1において、本発明の一実施形態である電子線装置1の概略構成が示されている。
同図において、電子線装置1は、LaB6の単結晶体でできたカソード21、平型のウェーネルト22及びアノード23を有する電子銃2と、静電レンズであるコンデンサレンズ3と、コンデンサレンズ3に近接して配置されていて開口41を画成する開口板4と、縮小レンズ5と、E×B分離器6と、静電レンズである対物レンズ7とを備え、それらは図1に示されるような位置関係で配置されている。上記構成要素は、電子線装置1の一次電子光学系を構成している。縮小レンズ5と対物レンズ7との間には光軸X1と同軸にシールド筒8が設けられている。このシールド筒8は、二次電子光学系の光軸X2と同軸に設けられた集電電極9から漏れる電場が光軸X1に沿って進む一次電子線に影響を及ぼさないようにするためのものである。
【0009】
上記一次及び二次電子光学系において、電子銃2のカソード21から放出された一次電子線は、アノード23の開口の位置のクロスオーバーCから発散してコンデンサレンズ3によって集束され、開口板4の正方形開口41を照射する。開口で成形されたビームは、縮小レンズ5と対物レンズ7で縮小され、ウエハWの表面で結像される。ウエハWの表面から放出された二次電子はウエハに印加された負電圧と対物レンズ7の中央電極に印加された正の高電圧とで形成された加速電界で加速され、対物レンズ7を通過した後E×B分離器6により偏向され、二次電子検出器10で検出される。検出された二次電子は、図示しない判定回路に送られ、その判定回路によりウエハWの表面上に形成されたパターン等の良否が判別される。
【0010】
電子線装置1は、更に、E×B分離器6と検査対象であるウエハWとの間において対物レンズ7を囲むようにして、差動排気装置を構成する排気ヘッド12が配置されている。ウエハは公知の構造及び機能を有するステージ装置13の載置面上に配置され、公知の方法により開放可能に保持されている。このステージ装置及び排気ヘッド12は電子線装置1の鏡筒(図示せず)の下部に配置されたハウジングにより外気と隔離されていて公知の方法により所望の雰囲気に制御可能な試料室14内に配置されている。載置面上のウエハWの周囲には台15及び16が配置固定されている。これらの台15及び16の上面の高さは、ウエハの上表面と同一平面になるように決められている。これは、ウエハWの周辺部の検査を行うときに或いはウエハ交換位置にウエハが移動した時に排気ヘッド12の一部がウエハの上面から外れてしまうため、ウエハの上面と同じレベルの台を周囲に設けることによって差動排気装置の差動排気機能を担保するためである。したがって、台15は、図2に示されるようにウエハのほぼ全周に亘って配置され、その半径方向幅(ウエハWの中心を中心とした半径方向に見た幅)L1は、ウエハの周辺部を検査する場合に、一次光学系の光軸に関してウエハが最大限変位したときに排気ヘッド12を介しての差動排気機能が損なわれない値に決められる。それに対して、台16は外周の一部、図2においてウエハの右側部分のみ配置されていて、その幅l2はウエハの交換時における光軸X1に関するウエハの移動量によって決定される。
【0011】
ウエハWの外周縁と台15及び16との縁(ウエハの外周縁に隣接する縁)との間の間隔は、この実施形態では0.3μm以下になるようにしたが、試料室14内の圧力が101.3kPa(1気圧)ではなく、10-1torr以下に排気してあれば、この間隔は0.5mm程度あっても問題はない。
【0012】
図3において、図1の対物レンズ7の近傍の拡大図が示されている。同図において、61はE×B分離器6の静電偏向器であり、62及び63は、それぞれ、E×B分離器用電磁偏向器のXコイル及びYコイルである。また、64はE×B分離器用のフェライトコアである。対物レンズ7の上電極71は、レンズ外径を最小にするために、円筒形を採用している。上電極71はその軸線が一次光学系の光軸X1と同軸に配置され、一端(図3で上端)にはディスク状部分71bが一体的に接合されている。対物レンズの中央電極72は上電極71の先端(図3で下端)に隣接して配置されていてディスク状になっていている。中央電極72には上電極71と同軸でその外側に配置された円筒状部分72aが一体的に接続され、その円筒状部分72aの上端には外側のディスク状部分72bが一体的に接合されている。更に、対物レンズの下電極73は中央電極72の下側(図3において)に隣接して配置されていてディスク状になっている。下電極73には上電極と同軸で中央電極の円筒状部分72aの外側に配置された円筒状部分73aが一体的に接合され、その円筒状部分73aの上端には外側のディスク状部分73bが一体的に接合されている。上電極71と中央電極72とは絶縁部材75により絶縁されかつ所定の間隔に保持されている。中央電極72と下電極73とは絶縁部材76により絶縁されかつ所定の間隔に保持されている。中央電極72には正の高電圧が印加される。下電極73には、電位コントラストを測定する場合には、ウエハに印加される電圧よりも更に数100V低い電圧が印加され、ウエハからの二次電子が越えられない障壁を形成し、高い電圧パターンから放出された二次電子を試料側に戻し、低い電圧のパターンから放出された二次電子を通過させるフィルターの役割を行わせる。この対物レンズのワーキングディスタンスすなわち検査対象であるウエハWの上面と下電極73の下面との間の間隔をDwとする。
【0013】
作動排気装置の排気ヘッド12は、この実施形態では、それぞれ光軸X1を回転対称とした、すなわち、光軸X1を共通の軸線として半径方向に隔てて配置された三つの環状の部材、すなわち、内側部材121、中間部材122及び外側部材123を備えている。対物レンズ7の最外側の円筒状部分73aと内側部材121との間の隙間125は、いずれも図示されていない導管を介してイオンポンプに接続され、そのイオンポンプにより排気されるようになっている。また、内側部材121と中間部材122との間の隙間126は、いずれも図示されていない導管を介してターボ分子ポンプに接続され、そのターボ分子ポンプにより排気されるようになっている。中間部材122と外側部材123との間の隙間127は図示しないメカニカルブースターに接続されている。内側部材、中間部材及び外側部材は、差動排気系すなわち装置の排気コンダクタンスを制限する部材を構成している。
【0014】
排気ヘッド12の各部材121、122、123のウエハ側の面とウエハWの上面との間隔d1、d2及びd3は、この実施形態では、すべて上記対物レンズのワーキングディスタンスDwと等しくなるようにつくられている。このように、排気ヘッド12の各部材とウエハとの間隔d1、d2及びd3を全て上記対物レンズのワーキングディスタンスDwと等しくしたので、対物レンズ7の軸上色収差係数を小さくすることが可能になり、LaB6製のカソード等の熱電子を使う電子銃のごときエネルギー幅の比較的大きな電子銃を用いても、比較的大きいビーム電流が得られる。更に、電子銃を空間電荷制限条件で使用することにより、ショット雑音を13%程度に小さくできるので、熱電界効果電子銃を使った場合よりはるかに高速で走査しても同程度のS/N比の信号を得ることができる。なお、上記実施形態では、上記対物レンズのワーキングディスタンスDwを間隔d1、d2及びd3と全て等しくしたが、それより小さくしてもよい。
【0015】
次に図4及び図5を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
図4は、本発明による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)ウエハを製造するウエハ製造工程(又はウエハを準備するウエハ準備工程)
(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)
(3)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
(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
(5)できたチップを検査するチップ検査工程
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。
【0016】
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)のウエ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)この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
(C)薄膜層やウエ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)更に、加工されたウエハを検査する工程
なお、ウエ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。
【0017】
図5は、図4のウエ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エハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
(b)レジストを露光する露光工程
(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
(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
上記の半導体デバイス製造工程、ウエ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。
上記(G)の検査工程又は上記(c)の露光工程に、本発明に係る欠陥検査装置及び欠陥検査方法、露光装置及び露光方法を用いると、微細なパターンを高精度で安定して検査又は露光ができるので、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。
【0018】
【発明の効果】
本発明によれば、次のような効果を奏することが可能である。
(イ)磁気レンズよりも真空条件が厳しい静電レンズでも差動排気が可能な電子線装置を提供できる。
(ロ)減速電界対物レンズのような放電を起こし易いシステムでの差動排気を可能にした電子線装置を提供できる。
(ハ)対物レンズの外側に差動排気装置用の排気ヘッドを配置したので、対物レンズの作動距離を短くでき、軸上色収差係数を小さくでき、電子銃のカソードにLaB6を使用しても比較的大きなビーム電流が得られ、空間電荷制限条件の低いショット雑音の効果を利用すると高いS/N比の信号が得られる。
(ニ)試料が配置される室を大気圧より低い圧力にするので、差動排気に負荷がかからない。
(ホ)デバイスの歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の電子線装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図2】図1の電子線装置のウエハの載置面の上平面図である。
【図3】図1の電子線装置の対物レンズの周辺の一部の拡大断面図である。
【図4】デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図5】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 電子線装置 2 電子銃
3 コンデンサレンズ 4 開口板
5 縮小レンズ 6 E×B分離器
7 対物レンズ 10 二次電子検出器
12 排気ヘッド 14 試料室[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electron beam apparatus capable of evaluating a wafer having a pattern with a minimum line width of 0.1 μm or less with high throughput and high reliability, and a device manufacturing method using such an electron beam apparatus.
[0002]
[Prior art]
A device combining a differential exhaust device and an electron beam device is already known. An apparatus that incorporates a differential evacuation device under an objective lens and exposes a wafer in the atmosphere with an electron beam has been published in the past.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In such a conventional apparatus having a differential exhaust device under the objective lens, the image point distance of the objective lens becomes long, inevitably increases spherical aberration and chromatic aberration of the objective lens, and LaB 6 is used for the cathode. When used in combination with an electron gun having a large energy width such as an electron gun, there was a problem that the beam could not be narrowed down.
In addition, the electron beam apparatus that applies retarding has a problem in that the optical characteristics are not good because a member installed for differential pumping is inserted between the lens and the wafer.
[0004]
One problem to be solved by the present invention is to provide an electron beam apparatus that can perform differential pumping even with an electrostatic lens having severe vacuum conditions.
Another problem to be solved by the present invention is to provide an electron beam apparatus that enables differential pumping in a system that tends to cause discharge, such as a deceleration electric field objective lens.
Another problem to be solved by the present invention is that it is possible to combine an electron gun using a LaB 6 cathode and differential exhaust, and the advantage of shot noise reduction by operating the electron gun under space charge limited conditions. It is to provide an electron beam device that makes the best use of it.
Another problem to be solved by the present invention is to provide a device manufacturing method for manufacturing a semiconductor device using the electron beam apparatus as described above.
[0005]
According to the first aspect of the present invention, an electron optical system having an objective lens including an electron gun and an electrostatic lens that irradiates an inspection target with a primary electron beam emitted from the electron gun, and an outer side of the objective lens. The differential exhaust system exhaust head further includes an upper electrode, a center electrode, and a lower electrode, and the exhaust head includes an inner member of the exhaust head. An outer peripheral portion of the inspection object in a stage device that is disposed outside the objective lens and is disposed outside the cylindrical portion of the lower electrode, coaxial with the electrode, and the inspection object A feature is that a differential exhaust member having the same height as the inspection object is provided in a portion on the stage device where the exhaust head is located when the inspection object is moved to the replacement position of the inspection object. A.
The invention according to claim 2 of the present application resides in a device manufacturing method characterized by evaluating a wafer after completion of each wafer process using the electron beam apparatus.
[0008]
Embodiment
Embodiments of an electron beam apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings, using an example in which a wafer is used as an inspection target. In FIG. 1, the schematic structure of the electron beam apparatus 1 which is one Embodiment of this invention is shown.
In FIG. 1, an electron beam apparatus 1 includes an electron gun 2 having a
[0009]
In the primary and secondary electron optical systems, the primary electron beam emitted from the
[0010]
The electron beam apparatus 1 further includes an
[0011]
In this embodiment, the distance between the outer peripheral edge of the wafer W and the edges of the
[0012]
In FIG. 3, an enlarged view of the vicinity of the
[0013]
In this embodiment, the
[0014]
In this embodiment, the distances d1, d2, and d3 between the wafer-side surfaces of the
[0015]
Next, an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a flowchart showing an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention. The manufacturing process of this embodiment includes the following main processes.
(1) Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparation process for preparing a wafer)
(2) Mask manufacturing process for manufacturing a mask used for exposure (or mask preparation process for preparing a mask)
(3) Wafer processing step for performing necessary processing on the wafer (4) Chip assembly step for cutting out chips formed on the wafer one by one and making them operable (5) Chip inspection step for inspecting the completed chips Each of the main processes described above further includes several sub-processes.
[0016]
Among these main processes, the wafer processing process (3) has a decisive influence on the performance of the semiconductor device. In this step, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer to form a large number of chips that operate as memories and MPUs. This wafer processing step includes the following steps.
(A) A thin film forming process for forming a dielectric thin film to be an insulating layer, a wiring portion, or a metal thin film for forming an electrode portion (using CVD, sputtering, etc.)
(B) Oxidation process for oxidizing the thin film layer and wafer substrate (C) Lithography process for forming a resist pattern using a mask (reticle) to selectively process the thin film layer and wafer substrate, etc. (D) Resist pattern Etching process (eg using dry etching technology) to process thin film layers and substrates according to
(E) Ion / impurity implantation diffusion process (F) Resist stripping process (G) In addition, a process for inspecting the processed wafer In addition, the wafer processing process is repeated as many times as necessary to manufacture a semiconductor device that operates as designed. To do.
[0017]
FIG. 5 is a flowchart showing a lithography process that forms the core of the wafer processing process of FIG. This lithography process includes the following steps.
(A) A resist coating step for coating a resist on the wafer on which a circuit pattern is formed in the previous step (b) an exposure step for exposing the resist (c) a development step for developing the exposed resist to obtain a resist pattern (D) Annealing process for stabilizing the developed resist pattern The semiconductor device manufacturing process, wafer processing process, and lithography process are well known and need no further explanation.
When the defect inspection apparatus, the defect inspection method, the exposure apparatus, and the exposure method according to the present invention are used in the inspection process (G) or the exposure process (c), a fine pattern can be inspected stably with high accuracy or Since exposure is possible, it is possible to improve product yield and prevent shipment of defective products.
[0018]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(A) It is possible to provide an electron beam apparatus that can perform differential pumping even with an electrostatic lens that has a stricter vacuum condition than a magnetic lens.
(B) It is possible to provide an electron beam apparatus that enables differential pumping in a system that easily causes discharge such as a decelerating electric field objective lens.
(C) Since the exhaust head for the differential exhaust device is arranged outside the objective lens, the working distance of the objective lens can be shortened, the axial chromatic aberration coefficient can be reduced, and even when LaB6 is used for the cathode of the electron gun A large beam current can be obtained, and a signal with a high S / N ratio can be obtained by using the effect of shot noise with a low space charge limiting condition.
(D) Since the chamber in which the sample is placed is set to a pressure lower than the atmospheric pressure, the differential exhaust is not loaded.
(E) The yield of devices can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an embodiment of an electron beam apparatus of the present invention.
2 is a top plan view of a wafer mounting surface of the electron beam apparatus of FIG. 1; FIG.
3 is an enlarged sectional view of a part of the periphery of an objective lens of the electron beam apparatus of FIG.
FIG. 4 is a flowchart showing a device manufacturing process.
FIG. 5 is a flowchart showing a lithography process.
[Explanation of symbols]
1 Electron Beam Device 2 Electron Gun 3
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