(57)【要約】      （修正有）【課題】光学顕微鏡を真空雰囲気内に設けることを不要にし、プレアライメントを行わないでアライメントを行うことができる電子線装置及び評価方法を提供する。【解決手段】ＳＥＭの視野２３のＸ方向あるいはＹ方向の少なくとも一方の寸法をダイシングライン２１，２２の幅よりも大きくなるように設定すると共に、ローディング精度を所定の範囲内にして、該ダイシングライン２１，２２あるいは該ダイシングライン２１，２２近傍のパターン２６を利用してアライメントを行っている。また、ＳＥＭの画像に基づいて被検査領域か否かを判断する手段を有し、前記被検査領域が、ＳＥＭの視野外へ出るのを防止する方向にステージを移動させるようにしている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子顕微鏡の画像形成手段と、Ｘ方向あるいはＹ方向の少なくとも一方向に連続移動可能なステージと、評価手段とを備えた電子線装置において、
走査型電子顕微鏡の視野の領域を二分割し、一方の領域で走査型電子顕微鏡の画像を形成し、他方の領域で電位測定による欠陥検査を行うことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記画像を形成する領域において形成された画像に基づいて、被検査領域が前記電子顕微鏡の視野外へ出るのを防止する修正手段を有することを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子線装置を用いて、
加工中又は完成品のウェーハを評価することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線を用いた電位コントラストを測定することによって、ビアと下層配線との接続不良等を評価する電子線装置、及び評価方法に関するものである。さらに、電子線装置、あるいは評価方法を用いてプロセス途中のウェーハを評価する事による歩留り向上を目指したデバイス製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来における電子線装置あるいは欠陥検査方法では、試料室に設けた光学顕微鏡を用いてプレアライメントを行い、電子線を用いてファインアライメントを行うのが主流であった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、試料室に設けた光学顕微鏡を用いてプレアライメントを行い、電子線を用いてファインアライメントを行う場合には、電子光学系の近くに帯電防止処理が行われた光学顕微鏡を設ける必要があるため、装置のコストがかかるという問題がある。さらには、光学顕微鏡を用いてプレアライメントを行うアライメント時間がスループットに悪影響を及ぼすという問題もある。
【０００４】
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、光学顕微鏡を試料室内に設けることを不要にし、試料室でプレアライメントを行わないでアライメントを行うことができる電子線装置、及び評価方法に関するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、走査型電子顕微鏡（以下、「ＳＥＭ」と記す）の画像形成手段と、Ｘ方向あるいはＹ方向の少なくとも一方向に連続移動可能なステージと、評価手段とを備えた電子線装置において、走査型電子顕微鏡の視野の領域を二分割し、一方の領域で走査型電子顕微鏡の画像を形成し、他方の領域で電位測定による欠陥検査を行うことを特徴とする電子線装置を提供する。また、前記画像を形成する領域において形成された画像に基づいて、被検査領域が前記電子顕微鏡の視野外へ出るのを防止する修正手段を有することができる。
【０００６】
本発明は、また、請求項１又は２に記載の電子線装置を用いて、加工中又は完成品のウェーハを評価することを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プレアライメントを、前の試料の評価と並行して試料ローディング前に、ローディングチャンバ内の光学顕微鏡を用いて行うことができるため、プレアライメントがスループットに悪影響を及ぼすことはない。また、欠陥検査を行う試料室内に光学顕微鏡を入れる必要がないため、装置全体を簡略化することができる。また、欠陥検査を行いながらアライメントを行うようにしているため、アライメントを行うための余分なステージ移動等を不必要にすることができる。また、ステージを連続させながら欠陥検査を行っているため、高スループットで検査することができる。さらには、試料室には、回転ステージを設ける必要が無く、装置を簡略化することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明にかかる電子線装置の実施の形態について図面を参照しながら述べる。本発明にかかる電子線装置は、試料としてのウェーハを評価するものであり、ウェーハを載置するステージを有している。ステージに載置されるウェーハは、ローディングチャンバ部のノッチアライメントによってノッチ方向を０度、９０度、１８０度、２７０度、あるいは３６０度に予めプレアライメントされる。前記ローディングチャンバ部には、光学顕微鏡が配置されている。この光学顕微鏡は、試料室外に配置されているため、ビームに何ら悪影響を与える恐れはなく、また、この光学顕微鏡での測定は、試料室内での検査と平行して行うことができるため、なるべく多くの測定を行う。
【０００９】
まず、ダイサイズの測定を行う。図１には、ステージにロードされる前のウェーハ１の中心付近を、光学顕微鏡によって撮像して画像表示したもの（光学顕微鏡の画像視野を表示したもの）を示しており、画像表示された被検査ウェーハ１の略中心に位置するダイ１０のサイズを測定する。ダイ１０の左上角隅部をパターン要素座標系での原点位置（０，０）とし、この位置をポイント１とする。また、ダイ１０の左下角隅部をパターン要素座標系での位置（０，−１）とし、この位置をポイント２とする。さらに、ダイ１０の右上角隅部をパターン要素座標系での位置（１，０）とし、この位置をポイント３とする。これらの３つの位置からステージ座標系における座標を、光学顕微鏡の低倍から高倍の順序で計測し、ダイ１０のサイズを測定する。
【００１０】
より具体的に説明すると、ポイント１での座標位置（０，０）とポイント２での座標位置（０，−１）とから、ダイ１０のＹ軸方向のサイズを算出することができ、ポイント１での座標位置（０，０）とポイント３での座標位置（０，−１）とから、ダイ１０のＸ軸方向のサイズを算出することができ、これによって、ダイ１０のサイズを測定することができる。また、ステージ座標のＸ軸に対するダイ１０の傾斜角度θ１３と、ステージ座標のＹ軸に対するダイ１０の傾斜角度θ１２も測定する。傾斜角度θ１３及び傾斜角度θ１２を０にしておくことにより、すなわち、ダイ１０のＸ軸方向の辺をステージ座標のＸ軸に対して平行となるようにすると共に、ダイ１０のＹ軸方向の辺をステージ座標のＹ軸に対して平行となるようにすることにより、角度誤差をローディング精度以内に保証することができる。さらに、テストビアがスクライブライン内に形成されている場合には、スクライブライン幅を、上記方法で測定する。
【００１１】
以上のように、ローディングチャンバに設けられている光学顕微鏡を用いて、上述の測定を行い、次に、被検査ウェーハ１をローディングする。ローディング精度を所定の範囲内にする、より具体的には、ローディング精度を、Ｘ、Ｙ位置については２０μｍｐ−ｐ以下とし、角度精度については２０ｍｒａｄ以下としておくと、真空中での光によるプレアライメントは、後述するように不要となる。
【００１２】
図２には、被検査ウェーハを試料室内へロードした時の、被検査ウェーハ中心部のＸ方向のダイシングライン２２とＹ方向のダイシングライン２１とが交差する場所におけるレジストレーションのプレアライメントの不要を説明するためのものである。図２に示すように、ローディングの角度精度については影響はなく、Ｘ方向及びＹ方向の位置精度のみが問題となり、図示のように、ダイシングライン２２とダイシングライン２１との交差点２４と、ＳＥＭの視野２３の中心点２５は通常ずれている。
【００１３】
仮に、ダイシングライン２１，２２の幅を２００μｍとし、ＳＥＭの視野２３の幅を２５０μｍとした場合、ローディング誤差がＸ方向、Ｙ方向共に±２０μｍ以下であれば、換言すれば、ローディング誤差がＸ方向、Ｙ方向共に、ＳＥＭの視野２３の幅寸法からダイシングライン２１，２２の幅寸法を引いた寸法の略１／２以下の寸法であれば、図２に示すように、ダイシングライン２１とダイシングライン２２とが交差した位置におけるダイシングラインの４つのコーナー５０が、ＳＥＭの視野２３内に入り、ＳＥＭの画像を取得することにより、ＳＥＭの視野２３の中心点２５に対するダイ１０の相対位置を得ることができる。すなわち、ＳＥＭの視野２３のＸ方向あるいはＹ方向の少なくとも一方の寸法を、ダイシングライン２１，２２の幅よりも大きくなるように設定し、かつ、ローディング精度を、Ｘ、Ｙ位置については±２０μｍ以下とし、角度精度については２０ｍｒａｄ以下とすれば、プレアライメントを行わないで、ダイシングライン２１，２２を利用してアライメントを行うことができる。なお、ダイシングラインの境界がはっきりしないレイヤーの場合には、ダイシングライン２１，２２を利用する代わりに、ダイシングライン近傍（上記コーナー５０の近傍）にあるパターン２６を利用してアライメントを行うことができる。
【００１４】
次に、本発明にかかる電子線装置の別の実施の形態について説明する。本実施態様の電子線装置は、ＳＥＭの画像形成手段と、ステージ移動手段と、電位測定手段とを備えている。図２に示すように、ダイシングライン２１の内部には、マトリクス状に形成された複数のビアからなるテストビア２７が設けられている。このテストビア２７は、ＳＥＭの画像に基づいて被検査領域か否かを判断する手段として設けられているものである。ステージ移動手段によってステージをＹ方向に連続移動させると、ＳＥＭの視野２３が、例えば、符号２３’で示すようなＸ方向にずれた位置に移動してしまう場合がある。そこで、被検査領域が、ＳＥＭの視野外へ出るのを防止する方向にステージをステージ移動手段で移動させる、換言すれば、前記ずれを補正する方向にステージをステージ移動手段で移動させることにより、常時、ＳＥＭの視野２３の中央部で被検査領域の検査を行うことができる。具体的には、ＳＥＭの画像に基づいてテストビア２７が被検査領域か否かを判断し、テストビア２７が被検査領域外であれば、テストビア２７が被検査領域内に存在するようにステージをステージ移動手段で移動させ、これによって、常時、ＳＥＭの視野２３の中央部で被検査領域の検査を行うことができるようにする。
【００１５】
次に、本発明にかかる電子線装置のさらに別の実施の形態について説明する。本実施態様の電子線装置は、ＳＥＭの画像形成手段と、Ｘ方向あるいはＹ方向の少なくとも一方向に連続移動可能なステージと、電位測定手段とを備えている。図３に示すように、ダイシングライン２１の内部には、マトリクス状に形成された複数のビアからなるテストビア２７が設けられている。ステージを、Ｙ方向に連続移動させると共に、Ｘ方向にステップ移動させて、テストビア２７の電位測定を行う。
【００１６】
図３に示すように、ＳＥＭの視野２３の領域は、分割領域６０と分割領域６１とに二分割されていて、一方の分割領域でＳＥＭの画像を形成し、他方の分割領域で電位測定等の評価を行う。例えば、ステージを、Ｙ方向に連続移動させると共に、Ｘ方向にステップ移動させた場合には、新しい被検査領域が先に入る領域（分割領域６０）でＳＥＭの画像を形成（取得）し、他方の領域（分割領域６１）でテストビア２７の電位測定を行う。ＳＥＭの画像を取得する際に付与された電荷による帯電のポテンシャルから欠陥を判断することができるため、テストビア２７の電位を測定することによって、欠陥検査を行うことができる。また、分割領域６０と分割領域６１の境界線は、はっきりと決まっておらず、ステージの速度の変動等によって決定することができる。
【００１７】
また、ステージの移動が先行して、欠陥検査やＳＥＭの画像取得が遅れ気味である場合にはステージの移動速度を下げ、逆の場合には、ステージの移動速度を上げるようにすればよい。また、被検査領域が、ＳＥＭの視野外へ出るのを防止する方向に、ステージの移動方向を修正する手段を設けることによって、前記実施態様と同様に、常時、ＳＥＭの視野２３の中央部で被検査領域の検査を行うことができる。
【００１８】
次に、上記実施態様で示した電子線装置により、ダイシングライン内に形成されたテストビアの欠陥を検査する欠陥検査方法の実施態様について説明する。この方法は、以下のステップを有している。
（１）前記ダイシングラインのＸ座標を電子顕微鏡の画像視野のＸ座標に合わせるステップ
（２）ステージをＹ方向に連続移動させるステップ
（３）ＳＥＭの視野のうち、ステージ進行方向の前方の視野でＳＥＭの画像を取得するステップ
（４）前記ステップで取得された前記ＳＥＭの画像の領域内の前記テストビアの電位を評価するステップ
（５）前記テストビアの電位から欠陥か否かを判断するステップ
（６）前記ＳＥＭの画像からステージの移動方向を修正するステップ
【００１９】
上記欠陥検査方法を用いると、ステージを連続移動させながら高スループットで欠陥検査を行うことができる。
【００２０】
次に、図４及び図５を参照して、上記実施の形態で示した電子線装置及び評価方法により半導体デバイスを製造する方法の実施の形態について説明する。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。
【００２１】
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）この薄膜層を形成する別の手段である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。
【００２２】
図５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。
【００２３】
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。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明にかかる電子線装置の実施の形態に適用可能な光学顕微鏡の視野の一例を示す部分平面図である。
【図２】図２は、別の実施の形態に適用可能なＳＥＭの視野の一例を示す部分平面図である。
【図３】図３は、さらに別の実施の形態に適用可能なＳＥＭの視野の一例を示す部分平面図である。
【図４】図４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５】図５は、図４の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。
【符号の説明】
【００２５】
１    被検査ウェーハ
１０    ダイ
２１    ダイシングライン
２２    ダイシングライン
２３    ＳＥＭの視野
２４    交差点
２５    中心点
２６    パターン
２７    テストビア
５０    コーナー
６０    分割領域
６１    分割領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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