JP4230280B2 - 欠陥検査方法及びその検査方法を用いたデバイス製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子線を用いて最小線幅１００ｎｍ以下のパターンを有する試料の欠陥を検査する方法及びその方法を用いて半導体やＬＣＤ等のデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、複数の電子線すなわちマルチビームを用いて試料を検査する欠陥検査方法が提案されている（例えば下記特許文献１）。更に、長方形ビームを照射し、照射点から発せられた電子線を写像光学系で拡大して検出する方法は公知である（例えば下記特許文献２）。また、欠陥検出方法でパターンマッチングを行って位置ずれ後欠陥を検出する方法も公知である。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許5,892,224号
【特許文献１】
特開平7-24939号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シングルビームを用いるＳＥＭの場合は、ビームは１本で検出器は１個であるから信号の濃度は試料の情報を１００％含んでいるのでパターンマッチングのみ行えば欠陥検出が可能である。しかしながら、マルチビームの場合は、マルチビームの各ビーム間でビーム電流値は何％かはばらつきがあり、更に検出感度も各ビーム間で差があり、信号の濃度は必ずしも試料の情報ばかりではない。また、写像光学系を用いた欠陥検出方法にあっても視野の端と光軸近くとで、同じ試料のパターン部であっても濃度に差が生じ、欠陥検出を行った場合に疑似欠陥が多発する問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題に鑑みて成されたものであって、マルチビームや写像光学系で疑似欠陥が発生しない欠陥検査方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的はそのような欠陥検査方法を用いて半導体デバイスやＬＣＤデバイスを製造する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のピクセルを有する試料面に電子線を入射させて試料面の評価を行う方法であって、
（ａ）電子線を試料に照射し、二次電子或いは反射電子を検出するステップと、
（ｂ）検出した信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、濃度情報を有する２次元画像を作り、予め指定された第１の領域の上記画像をメモリーに入力するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域の濃度情報を有する２次元画像を形成して別のメモリーに入力するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像との間の濃度マッチングを行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減するステップと、
（ｅ）平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とするステップと、
（ｆ）前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決めるステップと、
を有することに特徴を有する。
【０００７】
前記欠陥検査方法において、前記電子線は、一軸方向へ投影したビーム間隔が等間隔でかつ前記一軸と直角の方向に上記複数のビームを走査するマルチビームであり、前記マルチビームを電気的に走査し、一軸と平行な方向に試料台を連続移動しながら上記２次元画像を形成するようにしてもよく、或いは、前記電子線は、一軸方向に長い長方形の形状を有するビームであり、前記長方形の短辺方向にビームを走査しながら前記長方形の長辺方向に試料台を連続移動させながら照射を行い、試料から発生した二次電子或いは反射電子を写像光学系で像として検出するようにしてもよい。
更に、前記ステップ（ｄ）において、上記濃度マッチングは両方の画像の最低の濃度が一致するようにオフセット値を一致させ、その後最大値の濃度が一致するようにゲインを調整することを特徴とする欠陥検査方法。
本発明は、更に、上記の方法を用いてパターンの欠陥を検査することに特徴を有する。
【０００８】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１において、本発明の欠陥検査方法を実施するマルチビーム形の電子線装置の模式図が全体を１で示されている。電子線装置１は、一次電子光学系（以下単に一次光学系）１０と、二次電子光学系（以下単に二次光学系）３０と、検出系４０とを備えている。
一次光学系１０は、ウエハ等の試料に形成された半導体デバイス等を構成するパターンに照射する光学系であり、電子線を放出する電子銃１１と、直線状又は二次元的に配列された複数の小孔１２ａが形成されていて電子銃から放出された電子線を複数の電子ビーム（マルチビーム）に成形するマルチ開口板１２と、マルチビームを収束させる電子レンズ１３と、ＮＡ開口１４ａを画成するＮＡ開口部材１４と、ＮＡ開口を通過したマルチビームを縮小する静電レンズ１５と、静電偏向器１６と、Ｅ×Ｂ分離器１７と、第１の静電対物レンズ１８と、偏向器１９、２０と、第２の静電対物レンズ２１とを備え、それらは、図１に示されるように、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ＯＡ１が試料Ｓの表面に垂直になるように配置されている。マルチ開口板１２の複数の小孔１２ａは、図２に示されるように、一次光学系の光軸ＯＡ１を中心とする円内に配置され、Ｙ軸上に投影した場合の隣接する小孔間のＹ方向の間隔Ｌｙが全て等しくなるように形成されている。したがって、小孔により成形されるマルチビームも光軸ＯＡ１を中心とする円内に配置され、ビームの相互間の最小間隔は、二次光学系の分解能以上の距離を保ち、かつそれらのビーム間のＹ方向の間隔が全て等しくなるように構成されている。
【０００９】
二次光学系３０は、Ｅ×Ｂ分離器１７の近くで光軸ＯＡ１に対して傾斜している光軸ＯＡ２に沿って配置された静電拡大レンズ３１と、偏向器３２とを備えている。試料表面上での各電子ビーム間の最小間隔は、二次光学系における試料表面上での分解能より大きくなっている。
検出系４０は、マルチ開口板１２の各小孔１２ａに対応するチャンネルを有するマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）４１と、各小孔１２ａに対応するマルチアノード４２及び抵抗４３と、Ａ／Ｄコンバータを含む画像形成回路４４と、メモリー４５とを備えている。マルチアノード４２は、図３に示されるように、長方形の構造内に配置された細線のループ形状であって、ＭＣＰから放出されたガスが速やかに排気されるようになっている。また、各マルチアノード４２の一端部４２ａはセラミックスの基板４２ｂに固定されかつリード線４２ｃで抵抗４３と画像形成回路４４に接続されている。上記各構成要素の他の部分は公知の構造、機能のものでよくその詳細な説明は省略する。
【００１０】
上記構成の電子線装置１において、単一の電子銃１１から放出された電子線はマルチ開口板１２を照射し、そのマルチ開口板１２の複数（この実施例では５個）の小孔１２ａを通過して複数（この実施例では５個）の一次電子ビーム（マルチビーム）に成形される。これらの複数の一次電子ビームは、静電レンズ１３によって収束され、ＮＡ開口部材１４のＮＡ開口１４ａでクロスオーバーを形成する。クロスオーバーした電子ビームは静電レンズ１５、第１の静電対物レンズ１８及び第２の静電対物レンズ２１により縮小され、試料Ｓ上に０．０５ないし０．１μｍの大きさのマルチビームとして照射される。静電偏向器１９、２０を使用して電子ビームを同時にＸ方向に走査する。
試料から放出された二次電子或いは反射電子はＴ２（Ｔ１は一次電子ビームの軌道）で示される軌道を通り、Ｅ×Ｂ分離器１７で偏向されて二次光学系に入射し、光軸ＯＡ２に沿って進む。この場合、二次電子群はマルチビーム毎に収束され、第２の静電対物レンズ２１及び第１の静電対物レンズ１８で拡大され、かつ静電レンズ３１により各電子ビームの間隔がＭＣＰ４１の背後に配置されているマルチアノード４２の間隔と一致するように拡大率が調整される。更に、一次電子ビームを試料上で走査することと同期して、偏向器３２で常にマルチアノードの前面に結像するように補正される。これまでが請求項１におけるステップ（ａ）に対応する。
【００１１】
マルチアノード４２で吸収された二次電子（又は反射電子）群は抵抗４３で電圧信号に変換され、画像成形回路４４で増幅されかつＡ／Ｄ変換されて、例えば図４の左側に示されるような２次元画像が形成され、その２次元画像がメモリー４５に入力されそこに記憶される（ステップｂ）。この２次元画像は第１の領域（例えば視野の左端）で得られた濃度情報を有し、符号５１、５２、５３及び５４はそれぞれ濃度が１．０、０．７、０．３、０．１である部分を示す。
次に、前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域（例えば光軸近傍）の濃度情報を有する、例えば図４の右側に示される、２次元画像を形成して別のメモリーに入力する（ステップｃ）。図４において符号６１、６２、６３、６４は濃度が１．２、０．９、０．５、０．３である部分を示す。
その後、前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像とをメモリーから呼び出しそれらの間の濃度マッチング７１を行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減する（ステップｄ）。例えば、図４に示されるように、６１、６２、６３、６４の濃度はマッチング前は１．２、０．９、０．５、０．３であったものが、それぞれ１．０、０．７、０．３、０．１に変更されパターンマッチング７２が可能となる。パターンマッチング７２を行った結果、左側の画像は５アドレス分−Ｘ方向にシフトしていることが分かる。
更に、平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とする（ステップｅ）。パターンマッチング後に全てのアドレスの濃度を比較することによって欠陥ｆ１、ｆ２が検出されるのである。
最後に、前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決める（ステップｆ）。このようにして本発明の欠陥検査方法が行われる。
【００１２】
上記の欠陥検査方法において、電子線は、一軸方向へ投影したビーム間隔が等間隔でかつ前記一軸と直角の方向に上記複数のビームを走査するマルチビームであり、前記マルチビームを電気的に走査し、一軸と平行な方向に試料台を連続移動しながら上記２次元画像を形成する。また、前記ステップ（ｄ）において、上記濃度マッチングは両方の画像の最低の濃度が一致するようにオフセット値を一致させ、その後最大値の濃度が一致するようにゲインを調整するようにしてもよい。
【００１３】
図５において、本発明の欠陥検査方法を実施するのに使用される写像投影型の他の電子線装置が全体を１００で示されている。この電子線装置１００は、電子銃から放出された電子線を矩形（例えば長方形）に成形し、その成形された電子線すなわち電子ビームを検査されるべき前記実施例と同様の試料Ｓに照射して一次電子光学系（以下単位一次光学系）１１０と、電子ビームの照射により試料から二次電子或いは反射電子を検出器に導入する二次電子光学系（以下単に二次光学系）１３０と、二次電子を検出する検出系１４０とを備えている。
一次光学系１１０は、熱電子放出カソード（ＬａＢ6カソード）を有していて電子線を放出する電子銃１１１と、電子線を収束するレンズ１１２、１１３と、電子線を所望の断面形状の電子ビームに成形する成形開口１１４ａを画成する成形開口部材１１４と、偏向器１１５，１１６とを備え、それらは図５に示されるように、試料Ｓの表面に垂直な方向に対して所定の角度を成す光軸ＯＡ１に沿って、電子銃１１１を最上部にして図示のような順に配置されている。一次光学系は更に、電界と磁界とが直交する場により電子ビームを偏向すると共に試料からの二次電子又は反射電子を分離するためのＥ×Ｂ分離器１１７と、二つのダブレットタイプの対物レンズ１１８、１１９とを備え、これらは試料の表面に垂直な方向に沿って配置されている。
【００１４】
二次光学系１３０は、Ｅ×Ｂ分離器１１７で分離された試料Ｓからの二次電子の光軸ＯＡ２に沿って、試料の表面に対して垂直な方向に配置されており、二次電子又は反射電子を拡大するダブレットタイプのレンズ１３１と、拡大レンズ１３２、１３３と、偏向器１３４、１３５とを備えている。
検出系１４０は、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）１４１と、下面にシンチレータが塗布されていて二次電子を光の像に変換するＦＯＰ（ファイバーオプティカル・プレート）１４２と、光学レンズ１４３と、ＴＤＩ検出器１４４とを備えている。図において、符号１４５はＭＣＰの前面の電界を一様にするメッシュであり、図６に示されるようになっている。また、符号１４６、１４７はそれぞれＭＣＰとＦＯＰとの間の電界を一様にするメッシュである。上記各構成要素以外は公知の構造、機能のものでよくその詳細な説明は省略する。
【００１５】
上記構成の電子線装置において、電子銃１１１から放出された電子線は、レンズ１１２、１１３によって収束され、成形開口部材１１４によって画成される成形開口１１４ａによって断面形状（光軸ＯＡ２に直角な断面での）が矩形（本実施形態では長方形であってＹ軸方向が長軸でＸ軸方向が短軸の長方形）のビームに成形される。
成形された電子ビームは、偏向器１１４を通過し、Ｅ×Ｂ分離器１１７により試料の表面に垂直な方向に偏向され、対物レンズ１１８、１１９により縮小されて試料上に照射される。このとき、長方形の一次電子ビームは偏向器１１５、１１６により短軸方向に所定区間走査され、試料Ｓを支持する試料台（図示せず）は長軸方向に沿って連続的に移動される。このように長方形の一次電子ビームの照射により試料Ｓから放出された二次電子又は反射電子は、対物レンズ１１９、１１８と通った後、二次光学系１３０のレンズ１３１、拡大レンズ１３２，１３３を通して写像投影され、ＭＣＰ１４１に結像され、そこで増幅されてる。ＭＣＰで増幅された二次電子又は反射電子の拡大像はＦＯＰ１４２の下面に塗布されたシンチレータで光の像にされ、光学レンズ１４３によりＴＤＩ検出器１４４に結像され、電気信号に変換される。ここまでが請求項１におけるステップ（ａ）に対応する。
【００１６】
上記のようにして検出した信号は増幅され、Ａ／Ｄ変換されて、図示しない回路で増幅されかつＡ／Ｄ変換されて、例えば図４の左側に示されるような２次元画像が形成され、その２次元画像が図示しないメモリーに入力されそこに記憶される（ステップｂ）。この２次元画像は第１の領域（例えば視野の左端）で得られた濃度情報を有し、符号５１、５２、５３及び５４はそれぞれ濃度が１．０、０．７、０．３、０．１である部分を示す。
次に、前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域（例えば光軸近傍）の濃度情報を有する、例えば図４の右側に示される、２次元画像を形成して別のメモリーに入力する（ステップｃ）。図４において符号６１、６２、６３、６４は濃度が１．２、０．９、０．５、０．３である部分を示す。
その後、前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像とをメモリーから呼び出しそれらの間の濃度マッチング７１を行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減する（ステップｄ）。例えば、図４に示されるように、６１、６２、６３、６４の濃度はマッチング前は１．２、０．９、０．５、０．３であったものが、それぞれ１．０、０．７、０．３、０．１に変更されパターンマッチング７２が可能となる。パターンマッチング７２を行った結果、左側の画像は５アドレス分−Ｘ方向にシフトしていることが分かる。
更に、平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とする（ステップｅ）。パターンマッチング後に全てのアドレスの濃度を比較することによって欠陥ｆ１、ｆ２が検出されるのである。
最後に、前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決める（ステップｆ）。
【００１７】
この欠陥検査方法において、前記電子線は、一軸方向に長い長方形の形状を有するビームであり、前記長方形の短辺方向にビームを走査しながら前記長方形の長辺方向に試料台を連続移動させながら照射を行い、試料から発生した二次電子或いは反射電子を写像光学系で像として検出する。また、前記ステップ（ｄ）において、上記濃度マッチングは両方の画像の最低の濃度が一致するようにオフセット値を一致させ、その後最大値の濃度が一致するようにゲインを調整するようにしてもよい。
【００１８】
次に図７及び図８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７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。
【００１９】
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。
（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）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。
【００２０】
図８は、図７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成る。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の方法を用いることによって、マルチビームや写像光学系での欠陥検出が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の欠陥検査方法の一実施例を実施するためのマルチビーム型の電子線装置の模式図である。
【図２】図１の電子線装置のマルチ開口板に画成された小孔の配列例を示す平面図である。
【図３】マルチアノードを模式的に示す図である。
【図４】本発明の欠陥検査方法の説明図である。
【図５】本発明の欠陥検査方法の一実施例を実施するための写像投影型の電子線装置の模式図である。
【図６】電界を一様にするメッシュを示す模式図である。
【図７】半導体デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図８】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
１、１００ 電子線装置
１０、１１０ 一次光学系 ３０、１３０ 二次光学系
４０、１４０ 検出系 ４５ メモリー
Ｓ 試料
【産業上の利用分野】
本発明は、電子線を用いて最小線幅１００ｎｍ以下のパターンを有する試料の欠陥を検査する方法及びその方法を用いて半導体やＬＣＤ等のデバイスを製造するデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
従来から、複数の電子線すなわちマルチビームを用いて試料を検査する欠陥検査方法が提案されている（例えば下記特許文献１）。更に、長方形ビームを照射し、照射点から発せられた電子線を写像光学系で拡大して検出する方法は公知である（例えば下記特許文献２）。また、欠陥検出方法でパターンマッチングを行って位置ずれ後欠陥を検出する方法も公知である。
【０００３】
【特許文献１】
米国特許5,892,224号
【特許文献１】
特開平7-24939号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
シングルビームを用いるＳＥＭの場合は、ビームは１本で検出器は１個であるから信号の濃度は試料の情報を１００％含んでいるのでパターンマッチングのみ行えば欠陥検出が可能である。しかしながら、マルチビームの場合は、マルチビームの各ビーム間でビーム電流値は何％かはばらつきがあり、更に検出感度も各ビーム間で差があり、信号の濃度は必ずしも試料の情報ばかりではない。また、写像光学系を用いた欠陥検出方法にあっても視野の端と光軸近くとで、同じ試料のパターン部であっても濃度に差が生じ、欠陥検出を行った場合に疑似欠陥が多発する問題があった。
【０００５】
本発明は、かかる問題に鑑みて成されたものであって、マルチビームや写像光学系で疑似欠陥が発生しない欠陥検査方法を提供することを目的とする。
本発明の他の目的はそのような欠陥検査方法を用いて半導体デバイスやＬＣＤデバイスを製造する方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数のピクセルを有する試料面に電子線を入射させて試料面の評価を行う方法であって、
（ａ）電子線を試料に照射し、二次電子或いは反射電子を検出するステップと、
（ｂ）検出した信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、濃度情報を有する２次元画像を作り、予め指定された第１の領域の上記画像をメモリーに入力するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域の濃度情報を有する２次元画像を形成して別のメモリーに入力するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像との間の濃度マッチングを行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減するステップと、
（ｅ）平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とするステップと、
（ｆ）前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決めるステップと、
を有することに特徴を有する。
【０００７】
前記欠陥検査方法において、前記電子線は、一軸方向へ投影したビーム間隔が等間隔でかつ前記一軸と直角の方向に上記複数のビームを走査するマルチビームであり、前記マルチビームを電気的に走査し、一軸と平行な方向に試料台を連続移動しながら上記２次元画像を形成するようにしてもよく、或いは、前記電子線は、一軸方向に長い長方形の形状を有するビームであり、前記長方形の短辺方向にビームを走査しながら前記長方形の長辺方向に試料台を連続移動させながら照射を行い、試料から発生した二次電子或いは反射電子を写像光学系で像として検出するようにしてもよい。
更に、前記ステップ（ｄ）において、上記濃度マッチングは両方の画像の最低の濃度が一致するようにオフセット値を一致させ、その後最大値の濃度が一致するようにゲインを調整することを特徴とする欠陥検査方法。
本発明は、更に、上記の方法を用いてパターンの欠陥を検査することに特徴を有する。
【０００８】
【実施例】
以下図面を参照して本発明の実施例について説明する。
図１において、本発明の欠陥検査方法を実施するマルチビーム形の電子線装置の模式図が全体を１で示されている。電子線装置１は、一次電子光学系（以下単に一次光学系）１０と、二次電子光学系（以下単に二次光学系）３０と、検出系４０とを備えている。
一次光学系１０は、ウエハ等の試料に形成された半導体デバイス等を構成するパターンに照射する光学系であり、電子線を放出する電子銃１１と、直線状又は二次元的に配列された複数の小孔１２ａが形成されていて電子銃から放出された電子線を複数の電子ビーム（マルチビーム）に成形するマルチ開口板１２と、マルチビームを収束させる電子レンズ１３と、ＮＡ開口１４ａを画成するＮＡ開口部材１４と、ＮＡ開口を通過したマルチビームを縮小する静電レンズ１５と、静電偏向器１６と、Ｅ×Ｂ分離器１７と、第１の静電対物レンズ１８と、偏向器１９、２０と、第２の静電対物レンズ２１とを備え、それらは、図１に示されるように、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ＯＡ１が試料Ｓの表面に垂直になるように配置されている。マルチ開口板１２の複数の小孔１２ａは、図２に示されるように、一次光学系の光軸ＯＡ１を中心とする円内に配置され、Ｙ軸上に投影した場合の隣接する小孔間のＹ方向の間隔Ｌｙが全て等しくなるように形成されている。したがって、小孔により成形されるマルチビームも光軸ＯＡ１を中心とする円内に配置され、ビームの相互間の最小間隔は、二次光学系の分解能以上の距離を保ち、かつそれらのビーム間のＹ方向の間隔が全て等しくなるように構成されている。
【０００９】
二次光学系３０は、Ｅ×Ｂ分離器１７の近くで光軸ＯＡ１に対して傾斜している光軸ＯＡ２に沿って配置された静電拡大レンズ３１と、偏向器３２とを備えている。試料表面上での各電子ビーム間の最小間隔は、二次光学系における試料表面上での分解能より大きくなっている。
検出系４０は、マルチ開口板１２の各小孔１２ａに対応するチャンネルを有するマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰ）４１と、各小孔１２ａに対応するマルチアノード４２及び抵抗４３と、Ａ／Ｄコンバータを含む画像形成回路４４と、メモリー４５とを備えている。マルチアノード４２は、図３に示されるように、長方形の構造内に配置された細線のループ形状であって、ＭＣＰから放出されたガスが速やかに排気されるようになっている。また、各マルチアノード４２の一端部４２ａはセラミックスの基板４２ｂに固定されかつリード線４２ｃで抵抗４３と画像形成回路４４に接続されている。上記各構成要素の他の部分は公知の構造、機能のものでよくその詳細な説明は省略する。
【００１０】
上記構成の電子線装置１において、単一の電子銃１１から放出された電子線はマルチ開口板１２を照射し、そのマルチ開口板１２の複数（この実施例では５個）の小孔１２ａを通過して複数（この実施例では５個）の一次電子ビーム（マルチビーム）に成形される。これらの複数の一次電子ビームは、静電レンズ１３によって収束され、ＮＡ開口部材１４のＮＡ開口１４ａでクロスオーバーを形成する。クロスオーバーした電子ビームは静電レンズ１５、第１の静電対物レンズ１８及び第２の静電対物レンズ２１により縮小され、試料Ｓ上に０．０５ないし０．１μｍの大きさのマルチビームとして照射される。静電偏向器１９、２０を使用して電子ビームを同時にＸ方向に走査する。
試料から放出された二次電子或いは反射電子はＴ２（Ｔ１は一次電子ビームの軌道）で示される軌道を通り、Ｅ×Ｂ分離器１７で偏向されて二次光学系に入射し、光軸ＯＡ２に沿って進む。この場合、二次電子群はマルチビーム毎に収束され、第２の静電対物レンズ２１及び第１の静電対物レンズ１８で拡大され、かつ静電レンズ３１により各電子ビームの間隔がＭＣＰ４１の背後に配置されているマルチアノード４２の間隔と一致するように拡大率が調整される。更に、一次電子ビームを試料上で走査することと同期して、偏向器３２で常にマルチアノードの前面に結像するように補正される。これまでが請求項１におけるステップ（ａ）に対応する。
【００１１】
マルチアノード４２で吸収された二次電子（又は反射電子）群は抵抗４３で電圧信号に変換され、画像成形回路４４で増幅されかつＡ／Ｄ変換されて、例えば図４の左側に示されるような２次元画像が形成され、その２次元画像がメモリー４５に入力されそこに記憶される（ステップｂ）。この２次元画像は第１の領域（例えば視野の左端）で得られた濃度情報を有し、符号５１、５２、５３及び５４はそれぞれ濃度が１．０、０．７、０．３、０．１である部分を示す。
次に、前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域（例えば光軸近傍）の濃度情報を有する、例えば図４の右側に示される、２次元画像を形成して別のメモリーに入力する（ステップｃ）。図４において符号６１、６２、６３、６４は濃度が１．２、０．９、０．５、０．３である部分を示す。
その後、前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像とをメモリーから呼び出しそれらの間の濃度マッチング７１を行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減する（ステップｄ）。例えば、図４に示されるように、６１、６２、６３、６４の濃度はマッチング前は１．２、０．９、０．５、０．３であったものが、それぞれ１．０、０．７、０．３、０．１に変更されパターンマッチング７２が可能となる。パターンマッチング７２を行った結果、左側の画像は５アドレス分−Ｘ方向にシフトしていることが分かる。
更に、平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とする（ステップｅ）。パターンマッチング後に全てのアドレスの濃度を比較することによって欠陥ｆ１、ｆ２が検出されるのである。
最後に、前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決める（ステップｆ）。このようにして本発明の欠陥検査方法が行われる。
【００１２】
上記の欠陥検査方法において、電子線は、一軸方向へ投影したビーム間隔が等間隔でかつ前記一軸と直角の方向に上記複数のビームを走査するマルチビームであり、前記マルチビームを電気的に走査し、一軸と平行な方向に試料台を連続移動しながら上記２次元画像を形成する。また、前記ステップ（ｄ）において、上記濃度マッチングは両方の画像の最低の濃度が一致するようにオフセット値を一致させ、その後最大値の濃度が一致するようにゲインを調整するようにしてもよい。
【００１３】
図５において、本発明の欠陥検査方法を実施するのに使用される写像投影型の他の電子線装置が全体を１００で示されている。この電子線装置１００は、電子銃から放出された電子線を矩形（例えば長方形）に成形し、その成形された電子線すなわち電子ビームを検査されるべき前記実施例と同様の試料Ｓに照射して一次電子光学系（以下単位一次光学系）１１０と、電子ビームの照射により試料から二次電子或いは反射電子を検出器に導入する二次電子光学系（以下単に二次光学系）１３０と、二次電子を検出する検出系１４０とを備えている。
一次光学系１１０は、熱電子放出カソード（ＬａＢ6カソード）を有していて電子線を放出する電子銃１１１と、電子線を収束するレンズ１１２、１１３と、電子線を所望の断面形状の電子ビームに成形する成形開口１１４ａを画成する成形開口部材１１４と、偏向器１１５，１１６とを備え、それらは図５に示されるように、試料Ｓの表面に垂直な方向に対して所定の角度を成す光軸ＯＡ１に沿って、電子銃１１１を最上部にして図示のような順に配置されている。一次光学系は更に、電界と磁界とが直交する場により電子ビームを偏向すると共に試料からの二次電子又は反射電子を分離するためのＥ×Ｂ分離器１１７と、二つのダブレットタイプの対物レンズ１１８、１１９とを備え、これらは試料の表面に垂直な方向に沿って配置されている。
【００１４】
二次光学系１３０は、Ｅ×Ｂ分離器１１７で分離された試料Ｓからの二次電子の光軸ＯＡ２に沿って、試料の表面に対して垂直な方向に配置されており、二次電子又は反射電子を拡大するダブレットタイプのレンズ１３１と、拡大レンズ１３２、１３３と、偏向器１３４、１３５とを備えている。
検出系１４０は、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）１４１と、下面にシンチレータが塗布されていて二次電子を光の像に変換するＦＯＰ（ファイバーオプティカル・プレート）１４２と、光学レンズ１４３と、ＴＤＩ検出器１４４とを備えている。図において、符号１４５はＭＣＰの前面の電界を一様にするメッシュであり、図６に示されるようになっている。また、符号１４６、１４７はそれぞれＭＣＰとＦＯＰとの間の電界を一様にするメッシュである。上記各構成要素以外は公知の構造、機能のものでよくその詳細な説明は省略する。
【００１５】
上記構成の電子線装置において、電子銃１１１から放出された電子線は、レンズ１１２、１１３によって収束され、成形開口部材１１４によって画成される成形開口１１４ａによって断面形状（光軸ＯＡ２に直角な断面での）が矩形（本実施形態では長方形であってＹ軸方向が長軸でＸ軸方向が短軸の長方形）のビームに成形される。
成形された電子ビームは、偏向器１１４を通過し、Ｅ×Ｂ分離器１１７により試料の表面に垂直な方向に偏向され、対物レンズ１１８、１１９により縮小されて試料上に照射される。このとき、長方形の一次電子ビームは偏向器１１５、１１６により短軸方向に所定区間走査され、試料Ｓを支持する試料台（図示せず）は長軸方向に沿って連続的に移動される。このように長方形の一次電子ビームの照射により試料Ｓから放出された二次電子又は反射電子は、対物レンズ１１９、１１８と通った後、二次光学系１３０のレンズ１３１、拡大レンズ１３２，１３３を通して写像投影され、ＭＣＰ１４１に結像され、そこで増幅されてる。ＭＣＰで増幅された二次電子又は反射電子の拡大像はＦＯＰ１４２の下面に塗布されたシンチレータで光の像にされ、光学レンズ１４３によりＴＤＩ検出器１４４に結像され、電気信号に変換される。ここまでが請求項１におけるステップ（ａ）に対応する。
【００１６】
上記のようにして検出した信号は増幅され、Ａ／Ｄ変換されて、図示しない回路で増幅されかつＡ／Ｄ変換されて、例えば図４の左側に示されるような２次元画像が形成され、その２次元画像が図示しないメモリーに入力されそこに記憶される（ステップｂ）。この２次元画像は第１の領域（例えば視野の左端）で得られた濃度情報を有し、符号５１、５２、５３及び５４はそれぞれ濃度が１．０、０．７、０．３、０．１である部分を示す。
次に、前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域（例えば光軸近傍）の濃度情報を有する、例えば図４の右側に示される、２次元画像を形成して別のメモリーに入力する（ステップｃ）。図４において符号６１、６２、６３、６４は濃度が１．２、０．９、０．５、０．３である部分を示す。
その後、前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像とをメモリーから呼び出しそれらの間の濃度マッチング７１を行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減する（ステップｄ）。例えば、図４に示されるように、６１、６２、６３、６４の濃度はマッチング前は１．２、０．９、０．５、０．３であったものが、それぞれ１．０、０．７、０．３、０．１に変更されパターンマッチング７２が可能となる。パターンマッチング７２を行った結果、左側の画像は５アドレス分−Ｘ方向にシフトしていることが分かる。
更に、平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とする（ステップｅ）。パターンマッチング後に全てのアドレスの濃度を比較することによって欠陥ｆ１、ｆ２が検出されるのである。
最後に、前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決める（ステップｆ）。
【００１７】
この欠陥検査方法において、前記電子線は、一軸方向に長い長方形の形状を有するビームであり、前記長方形の短辺方向にビームを走査しながら前記長方形の長辺方向に試料台を連続移動させながら照射を行い、試料から発生した二次電子或いは反射電子を写像光学系で像として検出する。また、前記ステップ（ｄ）において、上記濃度マッチングは両方の画像の最低の濃度が一致するようにオフセット値を一致させ、その後最大値の濃度が一致するようにゲインを調整するようにしてもよい。
【００１８】
次に図７及び図８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７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。
【００１９】
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。
（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）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。
【００２０】
図８は、図７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成る。
【００２１】
【発明の効果】
本発明の方法を用いることによって、マルチビームや写像光学系での欠陥検出が可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の欠陥検査方法の一実施例を実施するためのマルチビーム型の電子線装置の模式図である。
【図２】図１の電子線装置のマルチ開口板に画成された小孔の配列例を示す平面図である。
【図３】マルチアノードを模式的に示す図である。
【図４】本発明の欠陥検査方法の説明図である。
【図５】本発明の欠陥検査方法の一実施例を実施するための写像投影型の電子線装置の模式図である。
【図６】電界を一様にするメッシュを示す模式図である。
【図７】半導体デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図８】リソグラフィー工程を示すフローチャートである。
１、１００ 電子線装置
１０、１１０ 一次光学系 ３０、１３０ 二次光学系
４０、１４０ 検出系 ４５ メモリー
Ｓ 試料
Claims (4)
- 複数のピクセルを有する試料面に電子線を入射させて試料面の評価を行う方法であって、
（ａ）電子線を試料に照射し、二次電子或いは反射電子を検出するステップと、
（ｂ）検出した信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、濃度情報を有する２次元画像を作り、予め指定された第１の領域の上記画像をメモリーに入力するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域の濃度情報を有する２次元画像を形成して別のメモリーに入力するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像との間の濃度マッチングを行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減するステップと、
（ｅ）平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とするステップと、
（ｆ）前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決めるステップと、
を有し、
前記電子線は、一軸方向へ投影したビーム間隔が等間隔でかつ前記一軸と直角の方向に上記複数のビームを走査するマルチビームであり、前記マルチビームを電気的に走査し、一軸と平行な方向に試料台を連続移動しながら上記２次元画像を形成することを特徴とする欠陥検査方法。 - 複数のピクセルを有する試料面に電子線を入射させて試料面の評価を行う方法であって、
（ａ）電子線を試料に照射し、二次電子或いは反射電子を検出するステップと、
（ｂ）検出した信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換し、濃度情報を有する２次元画像を作り、予め指定された第１の領域の上記画像をメモリーに入力するステップと、
（ｃ）前記ステップ（ｂ）で入力した領域と同じパターンがあると予測される第２の領域の濃度情報を有する２次元画像を形成して別のメモリーに入力するステップと、
（ｄ）前記ステップ（ｂ）で入手した画像と前記ステップ（ｃ）で入手した画像との間の濃度マッチングを行い、両画像の平均濃度が一致するように一方の画像の濃度を増減するステップと、
（ｅ）平均濃度が一致した画像間でパターンマッチングを行い、更にパターンマッチングを行った画像の差を算出し、差のある場所を欠陥候補とするステップと、
（ｆ）前記第１及び第２の領域と同じパターンがあると予測される第３の領域の２次元像を入手し、かつ前記第３の領域の２次元像と前記第１及び第２のいずれかとの濃度マッチングを行い、前記ステップ（ｅ）で得た欠陥候補と比較し、欠陥候補から欠陥を決めるステップと、
を有し、
前記電子線は、一軸方向に長い長方形の形状を有するビームであり、前記長方形の短辺方向にビームを走査しながら前記長方形の長辺方向に試料台を連続移動させながら照射を行い、試料から発生した二次電子或いは反射電子を写像光学系で像として検出することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項１または２に記載の欠陥検査方法において、前記ステップ（ｄ）において、上記濃度マッチングは両方の画像の最低の濃度が一致するようにオフセット値を一致させ、その後最大値の濃度が一致するようにゲインを調整することを特徴とする欠陥検査方法。
- 請求項１ないし３のいずれかに記載の方法を用いてパターン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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