JP4027610B2 - Ｆｏｐ装置を用いた欠陥検査装置、及び該検査装置を用いた半導体製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、新規なファイバ・オプティカル・プレート（ＦＯＰ）装置を用いて試料表面、特に、ウェーハ製造工程中の半導体デバイスの表面に形成されたパターンの欠陥を検査する装置、及び、該検査装置を用いた半導体製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウェーハに形成されたパターンの欠陥を検出するために、電子ビームによって被測定パターンを走査し、その結果発生した電子線を処理して得たパターン画像と基準の画像とを比較し、両者間に相違が存在するときに被測定パターンに欠陥が存在すると判定する欠陥検出方法は周知である。
【０００３】
こうした欠陥検出方法を実施する装置として、電子銃から放出された電子ビームにより半導体ウェーハの回路パターンを走査し、一次電子ビームによって走査された回路パターンから放出された二次電子をマイクロ・チャネル・プレート（ＭＣＰ）装置で受け取り、受け取った二次電子を増倍してマルチアノード電極又はリニア・イメージ・センサへ導くように構成したものが知られている。このＭＣＰ装置の一例は複数段のＭＣＰを備えており、該複数段のＭＣＰにより増倍された二次電子をアノード電極で受け取ってアノード電流を取り出し、又は、該二次電子を蛍光面に結像させて該蛍光面から発せられた光を光ファイバによりリニア・イメージ・センサへ導くようにしている。
【０００４】
しかしながら、半導体テバイスの微細化が進行するに伴い、より高分解能な像を形成し得る欠陥検出装置が要求される。同時に、スループットの向上を図るために、被測定対象の一層広視野の像を一度に取り込むことが必要になってくる。一方、ＣＣＤ（電荷結合素子）やＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ ａｎｄ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ、時間遅延・積分）センサ等の撮像センサにおいては、画素サイズは固定されているので、上述の要求を達成するためには、投影倍率を増大すると同時に、同等以上の投影視野を確保しなければならない。しかし、こうすると、必然的に投影面積が大きくなる。
【０００５】
ＭＣＰで増大させた二次電子を蛍光板に衝突させ、これによって蛍光板から発っせられた光の像をリレー光学レンズを用いてＣＣＤ又はＴＤＩセンサの受光面へ入射させるエレクトロンビーム装置があるが、広い視野の全範囲にわたって収差を小さく維持しなければならないため、従来以上にリレー光学レンズの口径が大きくなってしまう。そのような構成は、鏡筒上部の重量を大きくし、振動対策の点で不利であるという問題がある。
【０００６】
こうした問題を克服するために、リレー光学レンズに代わって、ＦＯＰ（ファイバ・オプティカル・プレート）を利用することが検討されている。ところが、従来のＦＯＰはディストーションが大きいため、欠陥のない画像が取得できないという問題があった。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は、上記の問題点に鑑みて提案されたものであり、この発明は、低ディストーションのファイバ・オプティカル・プレート装置を用いた低収差の欠陥検査装置を提供すること、及び、該欠陥検査装置を用いた半導体デバイス製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
電子線によって照射された被測定対象から放出された二次電子を用いて前記被測定対象の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記二次電子の検出系が、
蛍光板と、
ＣＣＤやＴＤＩセンサ等の撮像手段と、
前記蛍光板から発せられた光を前記撮像手段に伝達するためのファイバ・オプティカル・プレート装置であって、厚さが１ｍｍのファイバ・オプティカル・プレートを所定枚数だけ積層させて構成したファイバ・オプティカル・プレート装置と、
を具備することを特徴とする欠陥検査装置、
を提供する。
【０００９】
請求項２の発明は、
電子線によって照射された被測定対象から放出された二次電子を用いて前記被測定対象の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記二次電子の検出系が、
蛍光板と、
ＣＣＤセンサ及びＴＤＩセンサのうちのいずれかのセンサと、
前記蛍光板から発せられた光を前記センサに伝達するためのファイバ・オプティカル・プレート装置であって、厚さが１ｍｍのファイバ・オプティカル・プレートを所定枚数だけ積層させたＦＯＰ積層部を有するファイバ・オプティカル・プレート装置と、
を具備し、前記ＦＯＰ積層部と前記センサとが接着されていることを特徴とする欠陥検査装置、
を提供する。
【００１０】
請求項３の発明は、前記ファイバ・オプティカル・プレート装置が、前記ファイバ・オプティカル・プレートを、そのディストーションが増大しないように回転方向及び位置を調整して貼り合わせ又は密着させて重ね合わせ、もって、低ディストーションとした構成を有することを特徴とする。
【００１１】
請求項４の発明は、前記ファイバ・オプティカル・プレート装置が、厚さが２０ｍｍ以内であることを特徴とする。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一つに記載の欠陥検査装置を用いた検査工程を備えることを特徴とする半導体製造方法を提供する。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図３を参照して、この発明に係る装置の若干の実施の形態を説明する。図１は、この発明に係る欠陥検査装置に用いるための新規なファイバ・オプティカル・プレート装置の第１の例を示しており、同図において、ファイバ・オプティカル・プレート装置ＦはＭＣＰ部１、蛍光面２及びＦＯＰ積層部３を備え、これらは把持部４により一体化され且つ所定の間隔を保持する。
【００１４】
ＭＣＰ部１は、１〜３枚のマイクロ・チャネル・プレートより構成され、上面と下面との間に１〜３ｋＶの電圧が印加される。ＭＣＰ部１は、紙面の上方より入射した電子、例えば、一次電子で照射された半導体ウェーハから放出された二次電子を最大１０^８倍に増倍して蛍光面２へ射出する。
【００１５】
蛍光面２は、ＭＣＰ部１の下面即ち電子射出面から０．５〜１ｍｍ程離れて配置される。蛍光面２の下面即ち光出力面には透明電極（図示せず）が設けられ、この透明電極とＭＣＰ部１の下面との間に約３ｋＶの電圧が印加される。これにより、ＭＣＰ部１の下面より射出された電子を加速して蛍光面２に衝突させ、蛍光面２から蛍光を発生させる。
【００１６】
ＦＯＰ積層部３の上面即ち受光面は蛍光面２の下面と密着される。これは、蛍光面２に対して投影された像、したがって、蛍光面２によって発生される蛍光パターンをＦＯＰ積層部３の上面で受光し、該パターンの形や大きさを変えることなくＦＯＰ積層部３の下面に伝達するためである。ＦＯＰ積層部３は厚さ１ｍｍ程度のＦＯＰを所定の枚数だけ積層した構造を有しており、そのための積層方法としては接着が用いられるが、把持部４によってＦＯＰを隙間なく重ね合わせるのでもよい。積層されたＦＯＰ間に隙間があると、その隙間で光がきちんと伝達されず、像のコントラストが低下するので、各ＦＯＰの平坦度を高めることが重要である。
【００１７】
なお、ＦＯＰ積層部３の下面にはＴＤＩセンサ等の撮像装置（図示せず）の受光面が密着され、ＦＯＰ積層部３から出力された光はＴＤＩセンサ等の撮像装置へきちんと入射される。
【００１８】
図２は、一枚のファイバ・オプティカル・プレート５に生じるディストーションを模式的に説明するための図である。ファイバ・オプティカル・プレート５に生じるディストーションには、シア・ディストーション６とグロス・ディストーション７とがある。シア・ディストーション６は直径０．９ｍｍ程のマルチマルチファイバ間の境界に生じる向きと大きさがランダムな像のずれを意味し、グロス・ディストーション７はＦＯＰ全体にわたっての像の歪みを意味する。いずれのディストーションも製造工程に起因して発生し、その大きさはＦＯＰが厚くなる程大きくなる傾向がある。そのため、例えば厚さが５ｍｍでディストーションが５〜１０μｍ程度のＦＯＰを製造することは、既存の技術では極めて困難である。
【００１９】
しかし、厚さ１ｍｍ程度のファイバ・オプティカル・プレートにおいては、ディストーションを５〜１０μｍ程度に抑えるのは、既存の製造技術でもそれほど難しくはない。したがって、こうした低ディストーションの薄いファイバ・オプティカル・プレートを所定の枚数だけ、ディストーションが重畳しないように積層することによって、低ディストーションのＦＯＰ積層部３を提供することが可能になる。
【００２０】
図３は、この発明に係る欠陥検査装置に用いることができるファイバ・オプティカル・プレート装置の第２の例を示している。同図において、ファイバ・オプティカル・プレート装置Ｆは、デバイスのパッケージ１１の上にＣＣＤまたはＴＤｌセンサ１２を接着し、更にその上にＦＯＰ積層部１３を接着した構造を有する。ＦＯＰ積層部１３を構成するためのファイバ・オプティカル・プレートの積層方法は、前記のとおり、接着でもよいし、図示しない把持機構により隙間なく把持するのでもよい。ＦＯＰ積層部１３は、その上面に入射した光の像を形や大きさを変えることなくＣＣＤまたはＴＤＩセンサ１２の受光面へ伝達するので、この像をＣＣＤ又はＴＤＩセンサ１２は電気信号に変換する。
【００２１】
図４は、図１〜図３に示すような構造のファイバ・オプティカル・プレート装置を用いた、この発明に係る欠陥検査装置の第１の実施の形態を示す。同図において、真空チャンバ２１内に納められた電子銃２２により射出された一次電子ビームは、静電レンズ群より構成される照明光学系２３により偏向、成形されて、ステージ２４上に設置された半導体ウェーハ２５の表面を照射する。
【００２２】
半導体ウェーハ２５より放出された二次電子は、静電レンズ群より構成される写像投影光学系２６により所定の倍率でＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリ２７の入射面上に結像される。ＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリ２７は、図１に示すファイバ・オプティカル・プレート装置ＦのＦＯＰ積層部３の出力面にＴＤＩセンサを密着させた構造を有しており、ＭＣＰ／ＦＯＰアッセンブリ２７上に結像された二次電子像は、そこで増倍されて蛍光面（図１の蛍光面２に相当する）で光信号に変換された後にＦＯＰ積層部を通過し、該ＦＯＰ積層部と密着されて配置されたＴＤＩセンサ２８の受光面に入射する。ＴＤＩセンサ２８は受光した画像をデジタル電気信号に変換し、これをＴＤＩカメラ２９に供給する。ＴＤＩカメラ２９の出力画像は欠陥検査等に用いられる。
【００２３】
なお、ＴＤＩセンサ２８とＴＤＩカメラ２９との間には、真空フランジ及び光学フィードスルー部３０が設けられる。
【００２４】
図５は、図１〜図３に示すような構造のファイバ・オプティカル・プレート装置を用いた、この発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態を示す。同図において、真空チャンバ３１内に納められた電子銃３２により射出された電子ビームは、静電レンズ群より構成される照明光学系３３により偏向、成形され、ステージ３４上に設置された半導体ウェーハ３５の表面を照射する。
【００２５】
半導体ウェーハ３５より放出された二次電子は、静電レンズ群より構成される写像投影光学系３６により所定の倍率でＭＣＰアッセンブリ３７の入射面上に結像される。ＭＣＰアッセンブリ３７上に結像された二次電子像は、そこで増倍される。ＭＣＰアッセンブリ３７から０．５〜１ｍｍ離して、ＦＯＰ積層体を有する真空フランジ及び光学フィードスルー３８が配置され、真空フランジ及び光学フィードスルー３８のＭＣＰアッセンブリ３７側には、図示しない透明電極と蛍光体とが設けられている。この蛍光体により、ＭＣＰアッセンブリ３７から出射された二次電子は光信号に変換され、変換された光信号は真空フランジ及び光学フィードスルー３８のＦＯＰ積層部を通過した後、該ＦＯＰ積層部の出力面に密着されて配置されたＴＤｌセンサ３９の受光面に入射する。ＴＤＩセンサ３９は受光した画像をデジタル電気信号に変換し、この電気信号を欠陥検査等のためＴＤＩカメラ４０へ供給する。
【００２６】
図６は、図４又は図５に示す欠陥検査装置を用いた半導体デバイス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、
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）
２）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）
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
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、
の主工程を含む。なお、上記の工程のそれぞれは更に幾つかのサブ工程からなっている。
【００２７】
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、
１）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）
２）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
３）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）更に加工されたウェーハを検査する検査工程、
の工程を含む。なお、ウェーハ・プロセッシング工程を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。
【００２８】
図７は、図６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工程を示すフローチャートである。このリソグラフィ工程は、
１）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
２）レジストを露光する露光工程
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させるためのアニール工程、
の工程を含む。
【００２９】
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、リソグラフィ工程は周知のものであり、これ以上の説明を省略する。
【００３０】
上記検査工程に対して、この発明に係るファイバ・オプティカル・プレート装置を用いた欠陥検査装置を用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスをも、スルプットよく検査することができるので、全数検査が可能となり、製品の歩留りの向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したところから明らかなとおり、この発明により、広い視野にわたって、欠陥の少ない画像を取り込む事が可能になり、更に、軽量且つシンプルな欠陥検査装置を構成することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る欠陥検査装置に用いることができるファイバ・オプティカル・プレート装置の第１の例の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】 ファイバ・オプティカル・プレートのディストーションを説明するための図である。
【図３】 この発明に係る欠陥検査装置に用いることができるファイバ・オプティカル・プレート装置の第２の例の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】 図１〜図３に示すファイバ・オプティカル・プレート装置を用いた、この発明に係る欠陥検出装置の第１の実施の形態を概略的に示す図である。
【図５】 図１〜図３に示すファイバ・オプティカル・プレート装置を用いた、この発明に係る欠陥検査装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。
【図６】 図４又は図５に示す欠陥検査装置を用いた半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図７】 図６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工程を示すフローチャートである。

Claims (5)

1. 電子線によって照射された被測定対象から放出された二次電子を用いて前記被測定対象の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   前記二次電子の検出系が、
   蛍光板と、
   ＣＣＤやＴＤＩセンサ等の撮像手段と、
   前記蛍光板から発せられた光を前記撮像手段に伝達するためのファイバ・オプティカル・プレート装置であって、厚さが１ｍｍのファイバ・オプティカル・プレートを所定枚数だけ積層させて構成したファイバ・オプティカル・プレート装置と、
   を具備することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 電子線によって照射された被測定対象から放出された二次電子を用いて前記被測定対象の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
   前記二次電子の検出系が、
   蛍光板と、
   ＣＣＤセンサ及びＴＤＩセンサのうちのいずれかのセンサと、
   前記蛍光板から発せられた光を前記センサに伝達するためのファイバ・オプティカル・プレート装置であって、厚さが１ｍｍのファイバ・オプティカル・プレートを所定枚数だけ積層させたＦＯＰ積層部を有するファイバ・オプティカル・プレート装置と、
   を具備し、前記ＦＯＰ積層部と前記センサとが接着されていることを特徴とする欠陥検査装置。
3. 前記ファイバ・オプティカル・プレート装置が、前記ファイバ・オプティカル・プレートを、そのディストーションが増大しないように回転方向及び位置を調整して貼り合わせ又は密着させて重ね合わせ、もって、低ディストーションとした構成を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記ファイバ・オプティカル・プレート装置が、厚さが２０ｍｍ以内であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の欠陥検査装置。
5. 請求項１〜４のいずれか一つに記載の欠陥検査装置を用いた検査工程を備えることを特徴とする半導体製造方法。

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