(57)【要約】      （修正有）【課題】線幅０．２μｍ以下のパターンの評価を、高いスループット、かつ、高い信頼性を確保しておこなう。【解決手段】電子銃２から放出された電子線を矩形に成形し、試料Ｓ上の視野を走査し、その走査領域から放出された電子を写像投影光学系で拡大し、その拡大像をシンチレータ５１に結像させ、リレー光学系でＣＣＤに導き、二次元像を得る構成の電子線装置において、前記ＣＣＤには前記二次元像を映像できる面を少なくとも二つ設け、一方の面が拡大像を受像中に他の面から画像データを取り出すことを特徴とする電子線装置。【選択図】  図１
2006024455.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃から放出された電子線を矩形に成形し、試料上の視野を走査し、走査領域から放出された電子を写像投影光学系で拡大し、その拡大像をシンチレータに結像させ、光学系でＣＣＤに導き、二次元像を得る装置において、
前記ＣＣＤには前記二次元像を映像できる面を少なくとも二つ設け、一方の面が拡大像を受像中に他の面から画像データを取り出すことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
試料上の電子線を照射させる視野を複数の副視野に分割し、副視野単位で電子線を照射し、照射領域から放出された二次的電子を写像投影光学系で検出面に結像させて視野の評価を行う装置において、
前記電子線の光軸から遠い副視野と光軸から近い副視野とで露光時間を可変とすることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
試料上の電子線を照射させる視野を複数の副視野に分割し、副視野単位で電子線を照射し、照射領域から放出された二次的電子を写像投影光学系で検出面に結像させて視野の評価を行う装置において、
前記副視野単位の照射では、前記電子線の光軸から遠い方向から法線と角度を有する方向で照射を行うことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
電子線装置であって、視野を複数の副視野に分割し、副視野単位で電子線の照射を行い、前記電子線の照射により試料から放出された二次的電子を写像投影光学系で検出面に結像させて試料を評価する装置において、
前記写像投影光学系の最終段のレンズの手前に補助レンズを設け、前記補助レンズより前段側のレンズがつくるクロスオーバーの像を前記最終段のレンズの主面近傍に形成することを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
デバイスの製造方法であって、
ａ）ウエハを準備する工程と、
ｂ）ウエハプロセスを行う工程と、
ｃ）プロセス後のウエハを請求項１ないし４のいずれかに記載の装置を用いて評価する工程と、
ｄ）前記ｂ）及びｃ）の工程を必要回数繰り返す工程と、
ｅ）ウエハを切断しデバイスに組み立てる工程と、
を備えるデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小線幅０．２μｍ以下のパターンを有する試料の評価を高いスループット、高い信頼性を確保して行える電子線装置及びそのような装置を用いて試料の評価を行うデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、試料の評価を高いスループットを確保して行うために、ピクセル周波数を上げる工夫が行われていた。また試料の像を写像投影光学系で面検出器に結像させ、検出する装置の開発も行われている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
面検出器であるＣＣＤには、従来から露光時間が、早い素子で５μｓ程度のものもあるが、データを取り出すのに時間がかかる問題があった。また、上記写像投影光学系では視野を大きくしようとすると二次電子の透過率が小さくなる問題、視野が大きくなると収差が大きくなる問題、更に写像投影光学系では２段以降の拡大レンズで歪みが発生する問題があった。
【０００４】
本発明は、かかる写像投影光学系における問題点を解決した電子線装置を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、シンチレータ上に結像された画像を高速に取り出して処理可能にし、それによってスループットを向上させた電子線装置を提供することである。
本発明の別の目的は、上記電子線装置を用いてデバイスを製造する方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１に記載の発明によれば、電子銃から放出された電子線を矩形に成形し、試料上の視野を走査し、走査領域から放出された電子を写像投影光学系で拡大し、その拡大像をシンチレータに結像させ、リレー光学系でＣＣＤに導き、二次元像を得る装置において、
前記ＣＣＤには前記二次元像を映像できる面を少なくとも二つ設け、一方の面が拡大像を受像中に他の面から画像データを取り出すことを特徴とする電子線装置が提供される。
請求項２に記載の発明によれば、試料上の電子線を照射させる視野を複数の副視野に分割し、副視野単位で電子線を照射し、照射領域から放出された二次的電子を写像投影光学系で検出面に結像させて視野の評価を行う装置において、
前記電子線の光軸から遠い副視野と光軸から近い副視野とで露光時間を可変とすることを特徴とする電子線装置が提供される。
【０００６】
請求項３に記載の発明によれば、試料上の電子線を照射させる視野を複数の副視野に分割し、副視野単位で電子線を照射し、照射領域から放出された二次的電子を写像投影光学系で検出面に結像させて視野の評価を行う装置において、
前記副視野単位の照射では、前記電子線の光軸から遠い方向から法線と角度を有する方向で照射を行うことを特徴とする電子線装置が提供される。
請求項４に記載の発明によれば、電子線装置であって、視野を複数の副視野に分割し、副視野単位で電子線の照射を行い、前記電子線の照射により試料から放出された二次的電子を写像投影光学系で検出面に結像させて試料を評価する装置において、
前記写像投影光学系の最終段のレンズの手前に補助レンズを設け、前記補助レンズより前段側のレンズがつくるクロスオーバーの像を前記最終段のレンズの主面近傍に形成することを特徴とする電子線装置が提供される。
請求項５に記載の発明によれば、  デバイスの製造方法であって、
ａ）ウエハを準備する工程と、
ｂ）ウエハプロセスを行う工程と、
ｃ）プロセス後のウエハを請求項１ないし４のいずれかに記載の装置を用いて評価する工程と、
ｄ）前記ｂ）及びｃ）の工程を必要回数繰り返す工程と、
ｅ）ウエハを切断しデバイスに組み立てる工程と、
を備えるデバイスの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によればＣＣＤからデータを取り出す時間がスループットに与える影響が少なくなるようにすることができ、それによって電子線装置のスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一つの実施形態による電子線装置の結像図を示したものである。電子線装置１は、電子線を発生する装置としての電子銃２と、電子銃２から放出された電子線を試料Ｓの表面に導く一次電子光学系（以下単に一次光学系）３と、電子線の照射により試料の表面（以下、試料面）から放出された二次電子を検出器に導く二次電子光学系（以下単に二次光学系）４と、検出系５とを備えている。
【０００９】
電子銃２は、カソード２１と、ウェーネルト２２と、アノード２３とを備えており、空間電荷制限条件下で動作し、ショット雑音の小さい電子線を放出するようになっている。カソード２１は先端の曲率半径が１００μｍ程度の球の一部の形状を有し、１ｍＡ以上の電子銃電流を流すと高輝度で高エミッタンスの電子線を放出することができる。
【００１０】
一次光学系３は、電子銃２側から電子線の光軸ＯＡ１に沿って配置された、コンデンサレンズ３１と、成形開口３２ａが形成された開口板３２と、コンデンサレンズ３３と、副視野選択偏向器３４、３５と、Ｅ×Ｂ分離器３６と、対物レンズ３７とを備え、それらは図に示されるような順で配置されている。開口板３２には成形開口３２ａとは別に交換用の成形開口３２ｂ及び寸法の異なる成形開口３２ｃとが成形開口３２ａから位置をずれせて形成されている。交換用の成形開口３２ｂは成形開口３２ａが汚れてしまったときにその代わりとして使用するものであり、寸法の異なる成形開口３２ｃは電子線の照射領域の面積を変えるときに使用するものであり、開口板３２を光軸ＯＡ１に垂直で図１の紙面に平行な方向に移動させることによりこれらの成形開口の選択を切り換える。図１では成形開口がそれぞれ１個づつ光軸ＯＡ１に垂直な方向に一直線上に並べた配置が示されているが、図１の紙面に垂直な方向に複数個（寸法の異なる成形開口はそれぞれ寸法が異なってもよい）設け、開口板３２を光軸ＯＡ１に垂直な方向でかつ紙面に平行な方向或いは垂直な方向に外部からベローズ等により移動できるようにし、いずれか一つを選択して使用できるようにしてもよい。
また、二次光学系４は、試料Ｓ側から電子線の光軸ＯＡ２に沿って配置された、拡大レンズ４１と、補助レンズ４２と、拡大レンズ４３と、ＮＡ開口４４ａを形成するＮＡ開口部材４４と、偏向器４５とを備え、それらは図に示されているような順で配置されている。
５１は検出系５のシンチレータ面であり、シンチレータ面５１は複数の領域に分けそれらが受光面を構成している。本実施形態では四つの受光面５２ないし５５として示されている。なお、図１では紙面に受光面が４個並べて示されているが、これは解り易くするためにこの部分は光軸に沿って見た平面図として示してある。すなわち、４個の受光面は、その配置の中心点５６が光軸ＯＡ２上にあるようにしてシンチレータ面上に配置されている。
【００１１】
上記構成の電子線装置１において、電子銃２から放出された電子線はコンデンサレンズ３１で集束され、位置Ｐ１にクロスオーバーを形成する。クロスオーバーから発散した電子線すなわち電子ビームは成形開口３２ａにより正方形に成形され、コンデンサレンズ３３及び対物レンズ３７を介して縮小されて試料Ｓの表面上に投影される。成形開口３２ａ、３２ｂ及び３２ｃは、図２に示されるように、正方形の穴の四隅にそれぞれ補助穴が形成されていて、収差によって電子ビームのビーム電流密度が四隅で低下するのを防止している。補助穴の形状はこのようにビーム電流密度の低下を防止できる形状であればどのような形状でもよい。ビーム電流密度を増減したいときには、電子銃電流を変えることによって行うことができ、これにより電子ビームの輝度を広範囲に変化させることができる。
本実施の形態では、視野を複数の副視野に分割し、副視野単位で画像形成を行うようにしている。
【００１２】
点Ｐ１におけるクロスオーバのコンデンサレンズ３３による共役点が対物レンズ３７の主面になるように、コンデンサレンズ３１を調整することができる。一次ビームの照射条件は、試料面に垂直に入射されるのでなく、図１の光軸ＯＡ１より左側の副視野を照射するときは軌道Ｔ１に示されるように光軸より左側に更に遠く離れた側から入射するようにさせ、光軸ＯＡ１より右側の副視野を照射するときは軌道Ｔ２に示されるように光軸から更に右側に遠く離れた側から入射するようになっている。入射条件をこのよにすることにより、二次的に発生する反射電子又は二次電子は単純な余弦法則ではなく、主光線から光軸側へ傾斜した放出角のビーム強度分布となり、すなわち、対物レンズではより光軸に近い位置で入射することになり、低収差となる。
【００１３】
試料面から放出された二次電子は対物レンズ３７と拡大レンズ４１とでダブレットレンズを形成して、拡大像を下流側（二次電子の進行方向に見て）の次の補助レンズ４２に結像させる。ここで対物レンズ３７が作る軸上磁場を試料面から積分した値の絶対値は拡大レンズ４１のそれと値が等しくなるようにしてある。また、対物レンズ３７と試料のクロスオーバー像ＣＩとの間の距離を像の拡大率倍した距離が、クロスオーバー像ＣＩと拡大レンズ４１との間の距離にほぼ等しい条件を満した時、倍率及び回転の色収差及び歪み収差が最小になった。また、ダブレットの上側４１はダブレットの下側レンズ３７よりも焦点距離が長く、ほぼ同じＡＴ数であり、レンズギャップを大きくすることで長焦点距離になるようにした。
【００１４】
補助レンズ４２での試料Ｓの像は１０倍前後であるので、視野が１０倍くらいに拡大している。したがって、補助レンズ４２がないと拡大レンズ４３に入射する光軸から離れた像からの主光線は光軸に平行であるから、光軸から遠い位置に入射するので大きい収差を発生させる。但し、開口角は小さくなっているので、開口収差は問題ないが、歪み及び倍率、回転の色収差は問題となる。補助レンズ４２で全ての主光線が補助レンズ１４の主面近くに集まるよう補助レンズ４２の条件を決めれば、これらの収差を無視できる程度に小さくすることができる。シュミレーションの結果、拡大レンズ４３の主面より２〜３ｍｍシンチレータ面５１側へずらした位置がより収差は小さかった。
【００１５】
シンチレータ面５１は、受光面として仮想的な４つの領域５２、５３、５４及び５５に分割され、その像は後段（図１においてシンチレータの上側）に配置された光学レンズ（図示せず）でＣＣＤに結像されている。なお、ＣＣＤにおいても、シンチレータの受光面を複数（本実施形態で４個）に分けたのに合わせて、二次元像を映像できる面を複数（本実施形態では４個）設けてある。ＣＣＤの露光時間は５μｓ程度と短いが、データを読み出すのに１０μｓ以上かかるので、１個のＣＣＤで画像を取る場合は露光時間が５μｓであっても露光後１０μｓ以上待たないと次の露光が行えない、図１のように受光面を四つ準備し、１個の受光面（例えば領域５２）の露光が終了すると偏向器４５で電子像を偏向し、隣の二つ目の受光面（例えば領域５３）に像を移動させ、次に副視野を照射した。そして、次の三つ目の受光面（例えば領域５４）露光している間に、最初の受光面（例えば領域５２）の像のデータを転送するようにすれば、偏向器の整定時間のみのロスタイムで連続的に画像を形成することができる。なお、ここで整定時間とは、制御すべき物理量を初期値から目標値に制御する場合、制御信号を入力してから、物理量が目標値±許容値に落ち着く迄に要する時間を言う。
【００１６】
光軸近くの副視野の像形成時も光軸から遠い副視野の像形成時もＮＡ開口４４ａは同じであるから、光軸から遠い副視野では収差が大きく正規のピクセルに入って来る電子数は少なくなるはずである。これを補うために、光軸から遠い副視野では電子線の照射時間、したがって、ＣＣＤでの像形成時間を、光軸近くの場合より長くなるようにして、視野全体で同程度のＳ／Ｎ比になるように照射時間をダイナミックに可変にした。
【００１７】
これまで説明してきた本発明に係る欠陥検査装置は、例えば図３及び図４に示す半導体デバイス製造方法における検査工程に用いると有効である。以下、図３及び図４を参照して、半導体デバイスの製造方法を説明する。
図３に示す製造方法は次の各主工程を含み、各主工程は幾つかのサブ工程からなる。
（１）ウエハＰ１２を製造する（又は試料を準備する）工程Ｐ１１、
（２）露光に使用するマスク（レチクル）Ｐ２２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）Ｐ２１、
（３）ウエハＰ１２に必要な加工処理を行うウエハ・プロセッシング工程Ｐ１３、
（４）ウエハＰ１２に形成されたチップＰ１５を１個ずつ切り出して動作可能にするチップ組み立て工程Ｐ１４、
（５）チップ組み立て工程Ｐ１４で作られたチップＰ１５を検査し、検査に合格したチップを製品Ｐ１７とするチップ検査工程Ｐ１６。
【００１８】
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、ウエハ・プロセッシング工程Ｐ１３である。この工程は、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。ウエハ・プロセッシング工程Ｐ１３は次の工程を含む。
（イ）絶縁層となる誘電体薄膜や、配線部又は電極部を形成する金属薄膜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）、
（ロ）薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程、
（ハ）薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためのマスク（レチクル）Ｐ２２を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程Ｐ２３、
（ニ）イオン・不純物注入・拡散工程、
（ホ）レジスト剥離工程、
（ヘ）さらに加工されたウエハを検査する検査工程。
なお、ウエハ・プロセッシング工程Ｐ１３は必要な層数だけ繰り返し実施され、設計どおり動作する製品（半導体デバイス）Ｐ１７が製造される。
【００１９】
図４のウエハ・プロセシング工程Ｐ１３の中核をなすのはリソグラフィー工程Ｐ２３であり、図４はリソグラフィー工程Ｐ２３で実施される工程を示している。すなわち、リソグラフィー工程Ｐ２３は、
（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ティングするレジスト塗布工程Ｐ３１、
（ｂ）レジストを露光する露光工程Ｐ３２、
（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Ｐ３３、
（ｄ）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Ｐ３４、
を含む。
以上説明した半導体デバイス製造工程、ウエハ・プロセッシング工程Ｐ１３及びリソグラフィー工程Ｐ２３は周知のものであり、それらの工程についての詳細な説明は省略する。
本発明に係る欠陥検査装置をチップ検査工程Ｐ１６に用いて欠陥検査を行うと、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を行うことができ、全数検査が可能となるばかりでなく、製品の歩留まりを向上させることが可能になる。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
本発明は、半導体デバイスの欠陥検査等に利用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一つの実施形態による電子線装置の結像図を示した図である。
【図２】図１の電子線装置に使用されている開口板の拡大平面図である。
【図３】デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図４】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】
【００２２】
１  電子線装置                            ２  電子銃
３  一次光学系
３２  開口板                            ３２ａ、３２ｂ、３２ｃ  成形開口
４  二次光学系
５  検出系
５１  シンチレータ面                    ５２、５３、５４、５５  受光面
【図１】
2006024455.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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