(57)【要約】【課題】ウェーハのパターン評価をする試料室の出入口となるゲートバルブ作動時の振動が、ウェーハをロードする際の精度に悪影響を与えないようにする。【解決手段】ゲートバルブ９を開き、予備室２内のロボット６の搬送アーム７によって予備室３内にあるウェーハ５を予備室２内へ持ち込む。ゲートバルブ９を閉め、試料室１への出入口となるゲートバルブ８を開ける。搬送アーム７によってウェーハ５を試料室１内の静電チャック１０に載せる。ウェーハ５に負電圧を印加して静電チャック１０に固定する。ウェーハ５が静電チャック１０に固定された後に、ゲートバルブ８を閉じる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を用いてウェーハ等の試料のパターン評価を行なう方法であって、
ａ．電子線を照射してパターン評価を行なう試料室と、試料をロードおよびアンロードするための予備室と、試料室と予備室とを仕切るゲートバルブと、試料を搬送するために予備室内に設けられた搬送アームと、試料を固定するために試料室内に設けられた静電チャックと、試料に印加するための負電圧電源とを有する装置において、ゲートバルブを開き、搬送アームを用いて試料を予備室内から取り出し、ゲートバルブを通して試料室内の静電チャックに載せるステップと、
ｂ．静電チャックの電極が接地あるいは所定の電圧が印加されている状態で、試料に負電圧を印加して静電チャックに固定するステップと、
ｃ．試料が静電チャックに固定された後、搬送アームを試料室からゲートバルブを通して予備室側へ引き出すステップと、
ｄ．ゲートバルブを閉じるステップと、
ｅ．ゲートバルブを閉じる時に生じた振動が十分小さくなった後に、試料に電子線を照射し、バターン評価を開始するステップと、
から成り、ｂのステップはｄのステップより先行することを特徴とするパターン評価方法。
【請求項２】
電子線を用いてウェーハ等の試料のパターン評価を行なう方法であって、
ａ．電子線を照射してパターン評価を行なう試料室と、試料をロードおよびアンロードするための予備室と、試料室と予備室とを仕切るゲートバルブと、試料を搬送するために予備室内に設けられた搬送アームと、試料を固定するために試料室内のステージ上に設けられた静電チャックと、試料に印加するための負電圧電源とを有する装置において、試料に負電圧を印加することにより静電チャック上に固定された試料に電子線を照射し、２次電子を検出してパターンの評価を行なうステップと、
ｂ．試料の評価が終了した後、電子線を偏向器で偏向させて試料面に来ないようにブランキングするステップと、
ｃ．試料をアンロードする位置までステージを移動するステップと、
ｄ．試料に印加されている負電圧を切るステップと、
ｅ．ゲートバルブを開け、搬送アームを予備室から試料室内へ入れ、試料を試料室から取り出すステップと、
ｆ．次に評価する試料を予備室から取り出して試料室内の静電チャック上に載せるステップと、
を有することを特徴とするパターン評価方法。
【請求項３】
電子線を用いてウェーハ等の試料のパターン評価を行なう方法であって、
ａ．電子線を照射してパターン評価を行なう試料室と、試料をロードおよびアンロードするための予備室と、試料室と予備室とを仕切る第１のゲートバルブと、予備室と大気室とを仕切る第２のゲートバルブと、試料を搬送するために予備室内に設けられた搬送アームと、を有する装置において、試料室内の試料に電子線を照射し、２次電子を検出してパターン評価を行なうステップと、
ｂ．パターン評価中のストライプの評価が終了後、ステージの移動を一時停止するステップと、
ｃ．評価済の試料を大気室に取り出す前に予備室を大気圧にするステップと、
ｄ．第２のゲートバルブを開き、評価済の試料を大気室に取り出すステップと、
ｅ．次に評価する試料を予備室に搬入するステップと、
ｆ．第２のゲートバルブを閉じ、予備室を排気するステップと、
ｇ．予備室の真空度がほぼ一定になるのを確認するステップと、
ｈ．評価中の試料について次に評価するストライプから評価を開始するステップと、
を有することを特徴とするパターン評価方法。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン評価方法において、単一の電子銃の単一の電子線放出領域から放出された上記電子線を複数の開口で分離し、この複数の開口の縮小像を試料面上に照射し、分離された複数の電子線を一軸方向に走査する一方で試料台をストライプに沿って連続移動させることによりパターン評価が行われ、上記開口の縮小像をストライプの長手方向の軸に投影したときの像間隔はすべて等しくなるようになされていることを特徴とするパターン評価方法。
【請求項５】
請求項１ないし３のいずれかに記載のパターン評価方法において、上記電子線を、単一の電子銃の単一の電子線放出領域から放出された後に線状の開口で帯状のビームに成形し、この帯状のビームを試料上に結像させ、該帯状のビームを自身に直角な方向に電気的に走査する一方で試料台を帯状ビームに平行な方向に連続移動させながらパターン評価を行なうことを特徴とするパターン評価方法。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれかに記載された評価方法を用い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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は最小線幅０．１μｍ以下の線で形成されるパターンを有する試料の評価を高精度および高スループットで行なう方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ウェーハに負電圧を印加すると高分解能の電子線を試料上に照射可能であることは公知である。さらに、マルチビームを用いて高スループット化した欠陥検査方法も公知であり、また、ウェーハを静電チャックで固定する技術も公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ウェーハに負電圧を印加して、しかも静電チャックを動作させる具体的な方法は確立していなかった。また、ロードおよびアンロードと電圧印加のタイミングとの関係については定説が無かった。特に問題となっていたのは、ワーキングチャンバ（試料室）内を真空状態に保持するためのゲートバルブを開閉する際の振動によって、ウェーハのロード位置の精度に悪影響が生じること、及び、静電チャックは、ウェーハを取り外す信号を与えられてから完全にはずれる（フリーになる）までに一定以上の時間がかかるということであった。さらに、ウェーハに対して負電圧をＯＮ、ＯＦＦする時に大きいスルーレートで電圧をＯＮ、ＯＦＦすると、層によってはトランジスタを破壊するおそれがあるという問題点があった。本発明はこれらの問題点に鑑みてなされたもので、ゲートバルブ作動時の振動が、ウェーハをロードする際の精度に悪影響を与えず、ウェーハのデバイスを破壊させることなく、静電チャックを安全かつ迅速に取り外すことのできる、パターン評価方法を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明によれば、
電子線を用いてウェーハ等の試料のパターン評価を行なう方法であって、
ａ．電子線を照射してパターン評価を行なう試料室と、試料をロードおよびアンロードするための予備室と、試料室と予備室とを仕切るゲートバルブと、試料を搬送するために予備室内に設けられた搬送アームと、試料を固定するために試料室内に設けられた静電チャックと、試料に印加するための負電圧電源とを有する装置において、ゲートバルブを開き、搬送アームを用いて試料を予備室内から取り出し、ゲートバルブを通して試料室内の静電チャックに載せるステップと、
ｂ．静電チャックの電極が接地あるいは所定の電圧が印加されている状態で、試料に負電圧を印加して静電チャックに固定するステップと、
ｃ．試料が静電チャックに固定された後、搬送アームを試料室からゲートバルブを通して予備室側へ引き出すステップと、
ｄ．ゲートバルブを閉じるステップと、
ｅ．ゲートバルブを閉じる時に生じた振動が十分小さくなった後に、試料に電子線を照射し、バターン評価を開始するステップと、
から成り、ｂのステップはｄのステップより先行することを特徴とするパターン評価方法が提供される。
【０００５】
また本発明によればさらに、
電子線を用いてウェーハ等の試料のパターン評価を行なう方法であって、
ａ．電子線を照射してパターン評価を行なう試料室と、試料をロードおよびアンロードするための予備室と、試料室と予備室とを仕切るゲートバルブと、試料を搬送するために予備室内に設けられた搬送アームと、試料を固定するために試料室内のステージ上に設けられた静電チャックと、試料に印加するための負電圧電源とを有する装置において、試料に負電圧を印加することにより静電チャック上に固定された試料に電子線を照射し、２次電子を検出してパターンの評価を行なうステップと、
ｂ．試料の評価が終了した後、電子線を偏向器で偏向させて試料面に来ないようにブランキングするステップと、
ｃ．試料をアンロードする位置までステージを移動するステップと、
ｄ．試料に印加されている負電圧を切るステップと、
ｅ．ゲートバルブを開け、搬送アームを予備室から試料室内へ入れ、試料を試料室から取り出すステップと、
ｆ．次に評価する試料を予備室から取り出して試料室内の静電チャック上に載せるステップと、
を有することを特徴とするパターン評価方法も提供される。
【０００６】
また本発明によればさらに、
電子線を用いてウェーハ等の試料のパターン評価を行なう方法であって、
ａ．電子線を照射してパターン評価を行なう試料室と、試料をロードおよびアンロードするための予備室と、試料室と予備室とを仕切る第１のゲートバルブと、予備室と大気室とを仕切る第２のゲートバルブと、試料を搬送するために予備室内に設けられた搬送アームと、を有する装置において、試料室内の試料に電子線を照射し、２次電子を検出してパターン評価を行なうステップと、
ｂ．パターン評価中のストライプの評価が終了後、ステージの移動を一時停止するステップと、
ｃ．評価済の試料を大気室に取り出す前に予備室を大気圧にするステップと、
ｄ．第２のゲートバルブを開き、評価済の試料を大気室に取り出すステップと、
ｅ．次に評価する試料を予備室に搬入するステップと、
ｆ．第２のゲートバルブを閉じ、予備室を排気するステップと、
ｇ．予備室の真空度がほぼ一定になるのを確認するステップと、
ｈ．評価中の試料について次に評価するストライプから評価を開始するステップと、
を有することを特徴とするパターン評価方法も提供される。
【０００７】
上記のいずれかに記載のパターン評価方法において、単一の電子銃の単一の電子線放出領域から放出された上記電子線を複数の開口で分離し、この複数の開口の縮小像を試料面上に照射し、分離された複数の電子線を一軸方向に走査する一方で試料台をストライプに沿って連続移動させることによりパターン評価が行われ、上記開口の縮小像をストライプの長手方向の軸に投影したときの像間隔はすべて等しくなるようにすることができる。
【０００８】
あるいはまた、上記のいずれかに記載のパターン評価方法において、上記電子線を、単一の電子銃の単一の電子線放出領域から放出された後に線状の開口で帯状のビームに成形し、この帯状のビームを試料上に結像させ、該帯状のビームを自身に直角な方向に電気的に走査する一方で試料台を帯状ビームに平行な方向に連続移動させながらパターン評価を行なうようにしてもよい。
【０００９】
また本発明によればさらに、上記のいずれかに記載された評価方法を用いることを特徴とするデバイス製造方法も提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施の形態を説明する図である。ワーキングチャンバ（試料室）１内で電子線を照射してウェーハ５上のパターンの評価が行なわれる。予備室２にはロボット６が置かれている。ロボット６は、もう一つの予備室３でプリアライメントされたウェーハ５を取り出し、ワーキングチャンバ１内にロードする。これらの予備室２，３間および予備室２とワーキングチャンバ１との間は、それぞれゲートバルブ９及び８で仕切られ、大気と予備室３との間もゲートバルブ１３で仕切られている。ロボット６のロードアーム（搬送アーム）７には、ウェーハ５の裏面に部分的に接する静電チャック（図示せず）が取り付けられている。ウェーハ５のロードおよびアンロードは次の手順で行なわれる。
【００１１】
１．予備室内３を高真空になるまで排気し、ゲートバルブ９を開ける。
【００１２】
２．ロボット６のロードアーム７に取り付けられた静電チャックでウェーハ５をチャックし、予備室２へ持ち込む。
【００１３】
３．ゲートバルブ９を閉める。
【００１４】
４．ゲートバルブ８を開け、ウェーハ５をワーキングチャンバ１内に持ち込み、ロード位置にあるステージ（試料台）４に取り付けられている静電チャック１０の上に載せる。ステージ４上に移されたウェーハ５とウェーハ５を載せている静電チャック１０とに、制御電源１１、１２からそれぞれ電圧を印加する。電圧の印加は、図２（ｂ）に示したように行われる。まず静電チャック１０に、Ｔ０の時刻からＴ１の時刻まで点線２４で示したようにゼロから＋３ｋｖまで上昇する電圧を印加させる。
【００１５】
５．静電チャック１０に加わる電圧が３ｋｖになると、ウェーハ５は静電チャック１０に吸着される（時刻Ｔ１）。
【００１６】
６．静電チャック１０に印加される電圧はその後、点線２４で示すように、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２までの間に＋３ｋｖから−１ｋｖまで減小され、時刻Ｔ２以降は−１ｋｖの電圧で一定になるよう制御される。一方、ウェーハ５には、実線２３で示すように、時刻Ｔ１の時点から、ゆっくりした傾斜で大きくなる負の電圧を印加してゆく。時刻Ｔ２で−４ｋｖになると、それ以降は−４ｋｖで一定となるように制御される。したがって、時刻Ｔ１以降、静電チャック１０とウェーハ５との間には、常に３ｋｖの電圧差が印加され続けている。時刻Ｔ２以後、ロードアーム７に取り付けられた静電チャックをウェーハ５から外し、ロードアーム７をゲートバルブ８を通して予備室２へと引き出す。
【００１７】
７．ゲートバルブ８を閉じる。
このように、５のステップより７のステップを後にすることにより、ゲートバルブ８を閉める時にはウェーハ５は既に静電チャック１０に吸着されていることになる。したがって、ゲートバルブ８の閉動作による振動が発生しても、ウェーハ５と静電チャック１０と間の相対位置がずれてしまい、プリアライメントを行なった結果が損なわれるようなことはない。
【００１８】
８．ゲートバルブ８の振動が十分治まった後に、ウェーハ５の評価を始める。
【００１９】
９．一枚のウェーハの評価中に新しいウェーハを予備室に入れる場合には、評価中のストライプの評価が終了するのを待ってから、ゲートバルブの動作を始めるようにする。
【００２０】
１０．予備室３に窒素ガスを１気圧になるまで入れる。
【００２１】
１１．ゲートバルブ１３を開け、新しいウェーハを入れる。
【００２２】
１２．ゲートバルブ１３を閉じ、予備室３を排気する。予備室３はウェーハ一枚とロードアーム７とが辛うじて入る程度の小体積の部屋なので、排気は数分間で完了する。
【００２３】
１３．真空度が良くなり、真空度の変化率があらかじめ決められた値以下になったら、新しいウェーハのプリアライメントと、評価を中断していたウェーハの評価とを行なう。
【００２４】
１４．ウェーハの評価が終了すると、図３の偏向器４９に、ビームが偏向されるような電圧を印加する。その結果、電子ビームは光軸から外れて偏向され、ＮＡ開口５１で吸収され、試料４１には照射されなくなる。（図３の説明は後で行なう。）
【００２５】
１５．ウェーハがアンロード可能となる位置までステージを動させる。
【００２６】
１６．静電チャック１０の電圧と減速電界発生用の電源による電圧とをゆるやかに０ｖにする。図２（ａ）のタイムチャートに点線２２で示すように、静電チャック１０の電圧は、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて−１ｋｖから０ｖまでにされる。ウェーハ５に電圧を印加する減速電界発生用の電源による電圧も、図２（ａ）のタイムチャートに実線２１で示すように、時刻ｔ１から時刻ｔ２にかけて−４ｋｖから０ｖまでにされる。
【００２７】
１７．ゲートバルブ８を開け、ウェーハ５を取り出す。
（ゲートバルブ８を開けている間に、静電チャック１０からウェーハ５が完全に外し得る状態となり、ウェーハ５は安全に取り出すことができる。）
【００２８】
１８．ゲートバルブ９を開け、評価済のウェーハ５を予備室３へ出す。
【００２９】
１９．予備室３にあらかじめ入れてある次のウェーハをワーキングチャンバ１に入れる準備をする。
【００３０】
２０．ステップ２に戻り、以下ステップ２〜ステップ１９を繰り返す。
図３は、上述した本発明の評価方法で使われる電子線装置の電子光学系の概略図である。単一の電子銃３１の単一の電子線放出領域から放出された電子線は、コンデンサレンズ３２によって収束された後、複数の開口を有するマルチ開口板３３によって複数のビームに分離され、ＮＡ開口５１を通過し、縮小レンズ３４によって縮小される。複数の開口の縮小像が、対物レンズ４０を通してウェーハ等の試料４１上に照射されることになる。符号３５は第１の走査用静電偏向器、３６はＥ×Ｂ用プリ偏向器、３７はＥ×Ｂ用電磁偏向器、３８はＥ×Ｂ用静電偏向器、３９は第２の走査用静電偏向器である。分離された複数の電子線を一軸方向に走査する一方で、試料４１を載せた試料台をストライプに沿って連続移動させることにより、試料４１上のパターンの評価が行われる。試料４１上に照射される複数の開口の縮小像は、ストライプの長手方向の軸に投影したときの像間隔がすべて等しくなるようになされている。
【００３１】
なお、マルチ開口板３３に代えて、線状の開口を有する部材を配置し、電子線を帯状のビームに成形するようにしてもよい。この場合、帯状のビームは試料４１上に帯状に結像される。パターン評価時には、帯状のビームを自身に直角な方向に電気的に走査する一方で、試料４１を載せた試料台を帯状ビームに平行な方向に連続移動させる。
【００３２】
照射された試料４１上の複数の点から放出された二次電子は、二次電子主光線軌道４２に沿って進み、対物レンズ４０の電界に引かれて細く集束される。二次電子は、Ｅ×Ｂ用電磁偏向器３７およびＥ×Ｂ用静電偏向器３８により偏向され、一次電子線から分離されて二次光学系へ入射する。拡大レンズ４３，４４を通過した二次電子は、マルチチャネルプレート（ＭＣＰ）４５でそれぞれのビームが独立して増倍され、裏面の近傍に設けられたマルチアノード４６で吸収され、抵抗によって電気信号に変換される。電気信号は、マルチ増幅器およびマルチＡ／Ｄコンバータ４７を経て画像形成回路４８へと送られる。
【００３３】
次に、本発明に係わる半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。
【００３４】
図４は、本発明に係わる半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造方法は以下の各主工程を含む。
▲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）４００
▲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）４０１
▲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４０２
▲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４０３
▲５▼できたチップを検査するチップ検査工程４０４
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
【００３５】
これらの主工程の中で、半導体の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以下の各工程を含む。
▲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▼さらに加工されたウェーハを検査する検査工程
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。
【００３６】
図５は、図４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ェーハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程５００
▲２▼レジストを露光する露光工程５０１
▲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５０２
▲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５０３
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。
【００３７】
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、スループットよく検査ができるので、全数検査が可能となり、製品の歩留まり向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【００３８】
【発明の効果】
マルチビームを利用した電子線装置を用いて本発明のパターン評価方法を行えば、評価のスループットを増加できるので高スループットの評価ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のパターン評価方法で用いられる装置の概略平面図。
【図２】静電チャックおよびウェーハに与えられる減速電界用電圧の印加タイムチャートであり、（ａ）はウェーハをアンロードするときのもの、（ｂ）はウェーハをロードするときのものである。
【図３】本発明の評価方法で使われる電子線装置の電子光学系の概略図。
【図４】デバイス製造プロセスのフローチャート。
【図５】リソグラフィ工程のフローチャートである。
【主要部分の符号の説明】
１：試料室
２、３：予備室
４：ステージ（試料台）
５：ウェーハ（試料）
６：ロボット
７：ロードアーム（搬送アーム）
８：ゲートバルブ
９：ゲートバルブ
１０：静電チャック
１１、１２：制御電源
１３：ゲートバルブ
２１：  ウェーハ解放時に減速電界電圧を０に戻すタイムチャートを示す線
２２：  ウェーハ解放時に静電チャック電圧を０に戻すタイムチャートを示す線
２３：  ウェーハ吸着時に減速電界電圧を印加するタイムチャートを示す線
２４：  ウェーハ吸着時に静電チャック電圧を印加するタイムチャートを示す線
３１：  電子銃
３２：  コンデンサレンズ
３３：  マルチ開口板
３４：  縮小レンズ
３５：  第１の走査用静電偏向器
３６：  Ｅ×Ｂ用プリ偏向器
３７：  Ｅ×Ｂ用電磁偏向器
３８：  Ｅ×Ｂ用静電偏向器
３９：  第２の走査用静電偏向器
４０：  対物レンズ
４１：  試料
４２：  二次電子主光線軌道
４３、４４：  拡大レンズ
４５：  ＭＣＰ
４６：  マルチアノード
４７：  マルチ増幅器およびマルチＡ／Ｄコンバータ
４８：  画像形成回路
４９：  偏向器
５０：  偏向器
５１：  ＮＡ開口
【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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