JP3907943B2 - 欠陥検査方法及びその方法を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電子ビームによる欠陥検査方法及びその方法を用いたデバイス製造方法に関し、詳しくは、光を利用した欠陥検査方法では検出できないような、最小線幅が０．１μm以下のデバイスパターンを有する試料の欠陥検査を高いスループットでかつ高い信頼性で行う方法、並びにそのような方法を用いてプロセス途中のウエハーを評価することにより歩留りを向上させることができるデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
最小線幅が０．１μm以下のデバイスパターンを有する試料（本願が対象とする試料の場合、例えば、半導体ウェハ等）の欠陥検査等を行う場合、光方式では光の回折により解像度から見て限界にきており、そのため、従来から、単一の電子ビームを利用した欠陥検査方法、即ち、単一の電子銃から放出した電子線を単一の電子ビームに形成し、その電子ビームで試料面を走査し、試料から出た二次電子を検出器に導いて電位コントラストを得ることにより、試料の欠陥を検査する方法は、既に提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のように単一の電子ビームで試料を走査すると解像度は向上するが、０．１μm角程度の小さい画素寸法で試料面を走査するため一つの試料の欠陥検査を行うのに長時間を要し、少数の試料の欠陥検査しか行えず、試料の製造工程を十分に把握することが困難である。従って、複数の電子ビームを使用して試料を走査することにより、スループットを数倍に向上させることができる欠陥検査方法を提供することが必要とされている。
更に、従来の技術では電荷を試料の領域に付与する手段の構造が必ずしも簡単ではないため、電荷を試料の領域に付与することが容易で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、複数の電子ビームを用いて試料の欠陥検査を行うことにより、試料検査・評価等を高いスループットでしかも高い信頼性で行うことができる具体的な欠陥検査方法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、電荷を試料の領域に付与する手段の構造を簡単なものにして、容易に電荷を試料の領域に付与できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題は以下の手段により解決される。即ち、本願の発明の一つは、試料の欠陥を検査する方法であって、試料内の電気的に絶縁されているパターンが電気的に接地されているパターンと相対的に異なる電圧を持つように、試料の所定の領域へ電荷を付与するステップと、試料のパターンの電位コントラストデータを得るように、試料の所定の領域を複数の電子ビームで走査するステップと、電位コントラストデータを解析し、得られたパターンに対して所定の電圧とは異なる電圧にあるパターンを検出するステップとを備え、電荷を付与するステップが、試料の所定の領域を走査する複数の電子ビームの分解能よりも著しく低い分解能で、試料の所定の領域へ電荷を付与し、電位コントラストデータは、複数の電子ビームによる走査で試料から放出された二次電子をＥ×Ｂ分離器により第一次光学系から分離し、分離後少なくとも一段のレンズを有する第二次光学系で二次電子の像を複数の検出器に導くことにより得られるようにしている。
このような方法により、複数の電子ビームを用いて試料の欠陥検査を高いスループットでしかも高い信頼性で行うことができる。
【０００６】
本願の発明の一つの実施形態では、上記の欠陥検査方法において、電荷を付与するステップが、複数の電子ビームを放出する電子銃とは別の荷電粒子発生装置により放出された荷電粒子により行われるようにしている。
このような方法により、電荷を試料の領域に付与する手段の構造が簡単なものとなり、容易に電荷を試料の領域に付与できる。
【０００７】
本願の別の実施形態では、上記の欠陥検査方法において、電荷を付与するステップが、試料に印加するバイアス電圧を変化させて複数の電子ビームをぼかすことにより、試料の所定の領域へ電荷を付与するようにしている。
このような方法によっても、電荷を試料の領域に付与する手段の構造が簡単なものとなり、容易に電荷を試料の領域に付与できる。
【０００８】
本願の別の発明では、接地電位にあるパターンと接地されていない他のパターンとを有する試料における欠陥を検出する方法であって、第一次光学系の光軸を中心とした円周上においてＸ軸方向への投影が等間隔になるように配置された複数の電子ビームにより、試料の所定の領域の表面を、試料のパターンと交差するように走査するステップと、走査により放出された二次電子を静電対物レンズで加速し、Ｅ×Ｂ分離器により第一次光学系から分離し、分離後少なくとも一段のレンズで集束して、二次電子の像をマルチ検出器に導くことにより、電位コントラストデータを取得するステップと、電位コントラストデータを解析し、得られたパターンに対して所定の電圧とは異なる電圧にあるパターンが存在するか否かを決定するステップとを備えている。
このような方法によっても、複数の電子ビームを用いて試料の欠陥検査を高いスループットでしかも高い信頼性で行うことができる。
【０００９】
本願の更に別の発明は、上記の欠陥検査方法を用いてプロセス途中のウエハーの検査を行ってデバイスの製造を行うようにしている。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して、本発明の欠陥検査方法の実施形態を説明する。
図１は、本欠陥検査方法の実施に使用される電子線装置１の一つの実施形態について、その光学系を模式的に示した図である。この電子線装置１は、第一次光学系１０と、第二次光学系３０と、検出装置４０と、評価されるべき試料をX方向及びY方向に移動するX―Yステージ８０とを備えている。第一次光学系１０は、電子線を試料Ｓの表面（試料面）に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃１１と、電子銃から放出された電子線を偏向する静電レンズ１２と、複数の小孔が形成された第一のマルチ開口板１３と、静電偏向器１４と、第一のマルチ開口板１３を通過した複数の電子ビーム（以下「マルチビーム」と呼ぶ）を偏向する静電縮小レンズ１５と、マルチビームを走査する静電偏向器１６と、Ｅ×B分離器１７と、静電対物レンズ１８と、軸対称電極１９とを備え、それらは、図１に示すように電子銃１１を最上部にして順に、かつ電子銃から放出される電子線の光軸Ａが試料Ｓに垂直になるように配置されている。
静電縮小レンズ１５及び静電対物レンズ１８の像面湾曲収差の影響をなくすため、図２に示されている通り、第一のマルチ開口板１３には円周上に配列された小孔（本願では例示的に９個の小孔）１３ａ−１３ｉが形成され、そのＸ軸方向へ投影したものは等間隔となる構造となっている。
軸対称電極１９は電子ビームの光軸Ａに対して略軸対称の形状をしており、例えば、円筒形もしくは円盤形状をしている。
第二次光学系３０は、第一次光学系１０のＥ×Ｂ分離器１７の近くで光軸Ａに対して傾斜している光軸Bに沿って配置された２つの静電拡大レンズ３１及び３２と、図２に示すように、円周上で第一のマルチ開口板１３の小孔の数及び配列に合わせて形成された複数の小孔３３ａー３３ｉ（図２では点線で示されている）が形成された第二のマルチ開口板３３と、を備えている。
試料の表面のパターンに電荷を付与する手段は、電子銃１１とは別に、かつ第一次光学系１０とは別に設けられた電子源２１と、照射光学系２２とを備えている。
検出装置４０は第二のマルチ開口板３３の各開口毎に検出器４１を備えている。また、各検出器４１は増幅器４２を介して画像処理部４３と接続され、画像処理部４３は更に静電偏向器１６に与えた信号と同じ信号が与えられている。
上記各構成要素は公知のものであってもよく、それらの構造の詳細説明は省略する。
【００１１】
次に上記構成の電子線装置１の動作について説明する。
単一の電子銃１１から放出された電子線Cは静電レンズ１２で集束されてクロスオーバーC１を形成する。静電レンズ１２で集束された電子線Ｃは第一のマルチ開口板１３を照射し、第一のマルチ開口板１３に形成された複数の小孔（１３ａないし１３ｉ）を通過して複数のマルチビームにされる。これらマルチビームのそれぞれの電子ビームは、静電縮小レンズ１５により縮小されて点５０で示された位置に投影され、点５０で合焦した後、静電対物レンズ１８により試料Ｓに合焦される。第一のマルチ開口板１３から出たマルチビームは静電縮小レンズ１５と静電対物レンズ１８の間に配置された静電偏向器１６により、同時に試料Ｓの表面を走査するように偏向される。
【００１２】
合焦されたマルチビームにより試料Ｓの複数の点が照射され、照射された複数のこれら点から放出された二次電子は、静電対物レンズ１８の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×B分離器１７で偏向され、二次光学系に投入される。二次電子の像は点５０よりも静電対物レンズに近い点５１に結像する。これは一次のマルチビームは各々が５００ｅＶのエネルギーを有するのに対して、二次電子は数ｅＶのエネルギーしか有していないためである。結像した二次電子は光軸Bに沿って移動されて静電拡大レンズ３１及び３２に入射する。これらの静電拡大レンズを通過した二次電子は第二のマルチ開口板３３の複数の小孔（３３ａないし３３ｉ）を通過して複数の検出器４１に結像する。この場合、第一のマルチ開口板１３の小孔１３ａを通った電子ビームにより試料Ｓで放出された二次電子は第二のマルチ開口板３３の小孔３３ａを通して、第一のマルチ開口板の小孔１３ｂを通った電子ビームにより試料Ｓで放出された二次電子は第二のマルチ開口板３３の小孔３３ｂを通して、第一のマルチ開口板の小孔１３ｃを通った電子ビームにより試料Ｓで放出された二次電子は第二のマルチ開口板３２の小孔３３ｃを通して、と言ったように、電子ビームにより試料面で放出された二次電子は第一のマルチ開口板１３の各小孔に対応する第二のマルチ開口板３３の各小孔を通ってそれぞれの検出器４１に入射する。
【００１３】
それぞれの検出器４１は、検出した二次電子をその強度を表す電気信号へ変換する。各検出器から出力された電気信号は増幅器４２によってそれぞれ増幅された後、画像処理部４３によって受信され、画像データへ変換される。画像処理部４３には一次の電子ビーム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４３は試料Ｓの表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Ｓ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Ｓ上の被評価パターンを第一次光学系の光軸A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S上のパターンの線幅を測定することができる。
ここで、第一のマルチ開口板１３の小孔を通過した各電子ビームを試料面に合焦させ、試料Sから放出された二次電子を検出器４１に結像させる際に、第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。
【００１４】
各電子ビーム間の間隔と、第二次光学系との関係においては、各電子ビームの間隔を第二次光学系の収差よりも大きい距離だけ離せば、複数の電子ビーム間のクロストークをなくすことができる。
【００１５】
次に、試料Ｓの表面のパターンに電荷を付与する場合には、マルチビームを形成する電子源２１から放出される電子線を照射光学系２２で試料に照射する。この場合は、電荷付与と電位コントラスト測定が同時に行われるのでスループット的に有利であるという利点がある。
別の方法として、図３に示されているように、試料Ｓにリターディング電圧を印加する電源２０をＸ−Ｙステージに設け、電源２０の電圧を変えてリターディング電圧を制御することにより、ランディングエネルギーを５００ｅＶとは著しく異なる値として電子ビームをぼかすようにする。この方法の場合は、電荷付与と電位コントラスト測定がタイムシェアで交互に行われるのでスループットが若干低下するが、上記一つの方法のように余分な電子源が不要となる利点がある。電位コントラストの測定では、軸対称電極１９に試料Ｓよりも低い電圧を与えて、軸対称電極１９の軸上ポテンシャルの値を数Ｖほど試料Ｓよりも低くし、試料上のパターンの電圧に依存して二次電子を静電対物レンズ側に通すか、又は試料に戻すことにより、電圧の低いパターンから放出された二次電子を選択的に検出させる。それにより、電位コントラストが得られる。
なお、上記の電子源２１及び照射光学系２２、並びに試料Ｓにリターディング電圧を印加する電源２０の双方を設けて、これら二つの方法を必要に応じて選択的に使用してもよい。
【００１６】
次に、図３及び図４を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法を説明する。
図３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一個づつ切り出し、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。
【００１７】
これらの主工程の中で、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、メモリーや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。
（１）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）
（２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（３）薄膜層やウエハ基板を選択的に加工するためにマスク（レクチル）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
（４）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）
（５）イオン・不純物注入拡散工程
（６）レジスト剥離工程
（７）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。
【００１８】
図４は、図３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。リソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
（１）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
（２）レジストを露光する工程
（３）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
（４）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、及び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（７）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なる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明によれば、以下のような効果を奏することが可能である。
（１）マルチビームを使うので電子ビームの数だけスループットが向上する。
（２）マルチビームの間隔を第二次光学系の分解能より大きくなるようにしたため、マルチビーム間のクロストークは発生しない。
（３）電荷付与の方法については、スループットを重視する場合は第一次光学系の電子銃とは別の電子源を使用すればよく、また、装置の構成を簡略化することを重視する場合には、一次の電子ビームをぼかす方法を使用すればよい。このように、双方の方法を適切に選択することができる。
（４）プロセス途中における試料（ウェハー等）の検査数量を多くして評価できるため、デバイス製造の歩留まりを高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法を実施するために使用される電子線装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図２】図１の電子線装置の第一のマルチ開口板及び第二のマルチ開口板に形成された小孔の配置を示す図である。
【図３】試料にリターディング電圧を印加する電源をＸ−Ｙステージに設けた状態を示す図である。
【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 １０：第一次光学系
１１：電子銃 １２：静電レンズ
１３：第一のマルチ開口板 １４：静電偏向器
１５：静電縮小レンズ １６：静電偏向器
１７：Ｅ×Ｂ分離器 １８：静電対物レンズ
１９：軸対称電極 ２０：電源
２１：電子源 ２２：照射光学系
３０：第二次光学系 ３１：静電拡大レンズ
３２：静電拡大レンズ ３３：第二のマルチ開口板
４０：検査装置 ４１：検出器
４２：増幅器 ４３：画像処理部

Claims (3)

1. 試料の欠陥を検査する方法であって、
   前記試料内の電気的に絶縁されているパターンが電気的に接地されているパターンと相対的に異なる電圧を持つように、前記試料の所定の領域へ電荷を付与するステップと、
   前記試料のパターンの電位コントラストデータを得るように、前記試料の所定の領域を複数の電子ビームで走査するステップと、
   前記電位コントラストデータを解析し、得られたパターンに対して所定の電圧とは異なる電圧にあるパターンを検出するステップとを備え、
   前記電荷を付与するステップが、前記試料の所定の領域を走査する複数の電子ビームの分解能よりも低い分解能で、前記試料の所定の領域へ電荷を付与し、
   前記電位コントラストデータは、前記複数の電子ビームによる走査で試料から放出された二次電子を第一次光学系から分離し、分離後少なくとも一段のレンズを有する第二次光学系で二次電子の像を複数の検出器に導くことにより得られるようにした試料の欠陥を検査する方法において、
   試料に印加するバイアス電圧を変化させて前記複数の電子ビームをぼかすことにより、前記試料の所定の領域へ電荷を付与することを特徴とする欠陥検査方法。
2. 請求項１に記載の欠陥検査方法において、前記電荷を付与するステップが、前記複数の電子ビームを放出する電子銃とは別の荷電粒子発生装置により放出された荷電粒子により行われることを特徴とする欠陥検査方法。
3. 接地電位にあるパターンと接地されていない他のパターンとを有する試料における欠陥を検出する方法であって、
   第一次光学系の光軸を中心とした円周上において１軸方向への投影が等間隔になるように配置された複数の電子ビームにより、前記試料の所定の領域の表面を、前記試料のパターンと交差するように走査するステップと、
   前記走査により放出された二次電子を対物レンズで加速し、第一次光学系から分離し、分離後少なくとも一段のレンズで集束して、二次電子の像をマルチ検出器に導くことにより、電位コントラストデータを取得するステップと、
   前記電位コントラストデータを解析し、得られたパターンに対して所定の電圧とは異なる電圧にあるパターンが存在するか否かを決定するステップと、
   を備えていることを特徴とする欠陥検査方法。

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