(57)【要約】【課題】  電子線装置を使用し、ビーム分解能が良く、しかも回転姿勢のズレの問題を無くしたパターン評価方法、及び高スループットでマスクの欠陥検査を可能とする。【解決手段】  試料Ｋのパターンを評価するため、電子銃３７から放出される電子線２ａを対物レンズ１０を介して試料面Ｋａへ入射させる。対物レンズは、試料面に平行で光軸を中心とする穴あき平板状電極１０ｃと、ギャップ１０ｃが試料側に形成される電磁レンズ１０ａとから形成される。またマスクを検査するため、マスクを通過した複数の電子線の相互の間隔を拡大レンズによって拡大し、光信号に変換する。光信号はホトマルで電気信号に変換され、走査信号及び前記電気信号に基きマスクの二次元像を形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パターンを評価する方法であって、
ａ．電子銃から放出される電子線を対物レンズを介して試料面へ入射させるステップ、
ｂ．試料から放出される二次電子を二次電子検出器に導くステップ、
ｃ．二次電子検出器からの信号で二次元画像を形成するステップ、及び
ｄ．前記二次元画像に基いて試料の評価を行うステップ、を有し、
前記対物レンズは、試料面に平行で光軸を中心とする穴あき平板状電極と、ギャップが試料側に形成される電磁レンズとから形成されることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記一次電子線又は二次電子の光軸のまわりの回転姿勢を前記電磁レンズの励起電流を変えることにより調整し、それによって生じた合焦条件のずれを前記平板状電極と試料間の電圧を調整し合わせることを特徴とする請求項１の方法。
【請求項３】
前記一次電子線は断面が長方形に成形され、前記回転姿勢は前記長方形のビーム辺と試料のパターンの辺又は基準座標軸とのなす角度である請求項２の方法。
【請求項４】
前記一次電子線はマルチビームに成形され、前記回転姿勢は基準座標軸に対するマルチビームのビームの並び方向である請求項２の方法。
【請求項５】
前記請求項１乃至４のいずれか１項のパターン評価方法を用いてプロセス途中のウエハの評価を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項６】
マスクを検査する方法であって、
ａ．細く絞った複数の電子線により走査信号に基きマスクの一方の面を走査するステップ、
ｂ．マスクを通過した複数の電子線の相互の間隔を拡大レンズによって拡大するステップ、
ｃ．間隔を拡大された電子線を電気信号に変換するステップ、
ｄ．前記走査信号及び前記電気信号に基きマスクの二次元像を形成するステップ、
ｅ．マスクの設計データを検査用データに変換するステップ、及び
ｆ．前記検査用データと前記二次元像を比較しマスクの欠陥検査を行うステップ、を含むことを特徴とする方法。
【請求項７】
前記複数の電子線はマスク側にギャップを有する磁気レンズにより細く絞られることを特徴とする請求項６の方法。
【請求項８】
前記複数の電子線は熱電子放出電子銃により発生された電子線を複数の開口に照射することにより形成され、前記電子銃は空間電荷制限条件で動作させることを特徴とする請求項６の方法。
【請求項９】
前記細く絞った複数の電子線は、Ｚｒ／Ｏ−Ｗのショットキーカソード又は遷移金属の炭化物カソードを熱電界放出させることにより得られる電子線を複数の開口へ照射し、この複数の開口の縮小像として形成することを特徴とする請求項６の方法。
【請求項１０】
前記請求項６乃至９のいずれか１項に記載の方法により検査したマスク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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスを作るときに使用される最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有するウエーハ又はマスクの評価を高スループットで行う方法及びそのような方法を用いるデバイス製造方法に関する。本発明は、また半導体デバイスを作るときに使用される最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有するマスク、特にステンシルマスク（穴あき遮蔽マスク）又はメンブレンマスク、を高解像度及び高スループットで検査する方法及びそのような方法で検査されたマスクを用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、写像方式の欠陥検査装置あるいはマルチビームを用いるパターン評価方法では、電磁レンズ又は静電レンズを対物レンズとして使う装置及び方法が知られている。また、従来のステンシルマスク検査装置は、細く絞った１本の電子線によりステンシルマスクの裏面を走査し、ステンシルマスクを通過した電子を検出しステンシルマスクの透過像を形成し、ステンシルマスクの欠陥を検出する構造を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の静電レンズを対物レンズとする写像型装置又はマルチビーム装置は、ビーム電流を大きくして、高解像度を得ることが困難であった。更に電磁レンズを対物レンズに用いる場合は、一次ビームが１回、二次ビームが１回の合計２回対物レンズによりビームが回転を受けるため、ビームの回転姿勢を基準座標に合わせるのが困難であった。本発明は、これらの問題点に鑑みてなされたものであり、ビーム分解能が良く、しかも回転姿勢のズレの問題の生じないパターン評価方法を提供することを目的とする。
【０００４】
また、上記構造の従来のステンシルマスク検査装置は、細く絞った１本の電子線によりステンシルマスクの全面を走査するので、スループット（一定時間における処理量）が著しく小さいという短所を有する。本発明は、従来技術の短所を解決し、高スループットでマスクの欠陥検査を可能とする方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明のパターンを評価する方法は、ａ．電子銃から放出される電子線を対物レンズを介して試料面へ入射させるステップ、ｂ．試料から放出される二次電子を二次電子検出器に導くステップ、ｃ．二次電子検出器からの信号で二次元画像を形成するステップ、及びｄ．前記二次元画像に基いて試料の評価を行うステップ、を有する。前記対物レンズは、試料面に平行で光軸を中心とする穴あき平板状電極と、ギャップが試料側に形成される電磁レンズとから形成される。この電極は、穴が軸対称であれば、外形は、光軸から十分離れていれば、円形でなくてよい。
【０００６】
本発明のパターンを評価する方法において、好ましくは、前記一次電子線又は二次電子の光軸のまわりの回転姿勢を前記電磁レンズの励起電流を変えることにより調整し、それによって生じた合焦条件のずれを前記平板状電極と試料間の電圧を調整し合わせる。また、前記一次電子線は断面が長方形に成形され、前記回転姿勢は前記長方形のビーム辺と試料上のパターンの辺又は基準座標軸とのなす角度である。また、前記一次電子線はマルチビームに成形され、前記回転姿勢は基準座標軸に対するマルチビームの並び方向Ｄ１、Ｄ２である。本発明は、また前記のパターン評価方法を用いてプロセス途中のウエハの評価を行うことを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
【０００７】
本発明のマスクを検査する方法は、ａ．細く絞った複数の電子線により走査信号に基きマスクの一方の面を走査するステップ、ｂ．マスクを通過した複数の電子線の相互の間隔を拡大レンズによって拡大するステップ、ｃ．間隔を拡大された電子線を電気信号に変換するステップ、ｄ．前記走査信号及び前記電気信号に基きマスクの二次元像を形成するステップ、ｅ．マスクの設計データを検査用データに変換するステップ、及びｆ．前記検査用データと前記二次元像を比較しマスクの欠陥検査を行うステップを含む。
【０００８】
本発明のマスクを検査する方法において、好ましくは、前記複数の電子線はマスク側にギャップを有する磁気レンズにより細く絞られる。また、前記複数の電子線は熱電子放出電子銃により発生された電子線を複数の開口に照射することにより形成され、前記電子銃は空間電荷制限条件で動作させる。前記細く絞った複数の電子線は、Ｚｒ／Ｏ−Ｗ（タングステンジルコン酸）のショットキーカソード又は遷移金属の炭化物カソードを熱電界放出させることにより得られる電子線を複数の開口へ照射し、この複数の開口の縮小像として形成する。本発明は、また前記の方法により検査したマスクを用い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】
【０００９】
本発明は、ビーム分解能が良く、しかも回転姿勢のズレの問題の生じないパターン評価方法を提供することができる。また、本発明は、従来技術の短所を解決し、高スループットでマスクの欠陥検査を可能とする方法を提供することができる。本発明によれば、高解像度でマスクの欠陥検査ができる。本発明の検査方法においては、ＬａＢ6カソードを空間電荷制限条件で使うので、Ｓ／Ｎ比はショットキーカソードの場合より４倍向上し、ビーム電流が１／１６で同じＳ／Ｎ比が得られる。ビーム数は１１〜２２本とすることができるから、１０倍以上の高スループットが期待できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明のパターン評価方法に使用される電子光学装置３０の実施の形態を示す概略構成図である。電子線装置３０は、カソード１、ウエーネルト５２、第１アノード３３、第２アノード３４、第３アノード３５を備える電子銃３７を含む。電子銃３７は、空間電荷制限条件で動作するので、ショット雑音がショットキーの定理で与えられる量の１／４以下に低減されている。電子銃５７から放出された電子線２ａは、軸合わせコイル４６及び４７によりコンデンサレンズ４８とマルチ開口板５のマルチ開口５ａに軸合わせされる。
【００１１】
マルチ開口５ａで作られた４列４行のビームは、軸合わせコイル４０及び４１によりＮＡ開口６と縮小レンズ７に軸合わせされる。縮小レンズ７で約１／１０に縮小されたビーム２ｂは、８極の静電偏向器８及び４２により、対物レンズ１０に軸合わせされ、試料Ｋ上にマルチビーム２ｂを集束させる。対物レンズ１０は、電磁レンズ１０ａ及び軸対称の電極１０ｃで構成される。電磁レンズ１０ａのギャップ１０ｂが試料側にあり、電磁レンズ１０ａの試料側に軸上磁場の最大値が形成され、等価的にレンズ主面を下げ、収差係数を小さくしている。
【００１２】
電子線装置３０においては、軸上磁場が最大になるｚ位置に正の高電圧が印加される軸対称の電極１０ｃを設け、更に収差を減少する。マルチビーム２ｂは、軸合わせ静電偏向器８、４２に走査電圧を重畳して試料Ｋ上を二次元走査する。試料Ｋから発生した二次電子は、試料に印加される負の電圧６８とレンズの正電圧６９とで作られる加速電界で加速され、集束され、対物レンズ１０を細いビームとして通過し、Ｅ×Ｂ分離器６５、６６で、図１の左方へ偏向され、２段の静電レンズ７１及び７２によりマルチビーム間の間隔が拡大され、シンチレータ及びホトマルから成るマルチ検出器７３で検出される。即ち、シンチレータで光の信号に変換され、この光信号はホトマルの光電面に入射され、そこで光電子を発生し、多段電極で光電子が増幅され、最終電極と接地間に接続された抵抗で電流信号から電圧信号に変換される。
【００１３】
マルチ検出器７３の出力信号に基づき信号処理回路７４において二次元画像が作られ、その画像がメモリー７５に格納される。磁気レンズは、低収差である代わりにビームを回転させるという問題を有する。マルチビームではマルチビームの配置と基準座標軸との間にズレがあると、マルチビームをｙ軸方向へ投影した間隔が等間隔からずれる等の問題を生じる。電子線装置３０においては、マルチビームの対物レンズ通過後の回転量が多すぎる場合、レンズの励起電流を小さくし、それにより合焦条件がアンダーフォーカスになったとすると、電極１０ｃに与える電圧６９を下げて合焦条件を一致させることができる。また二次電子像の回転方向と二次電子検出器との回転ズレがある場合、レンズで回転ズレを合わせることができる。
【００１４】
図２は、本発明のパターン評価方法に使用される電子光学装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。第２の実施の形態の電子光学装置１３０において、電子銃１３１から放出された電子線２ａは、コンデンサレンズ１３２により集束され、開口板１３３の長方形の開口１３３ａを照明する。長方形に成形された電子線はＮＡ開口１３４でクロスオーバーを作り、照射レンズ１３５で試料面Ｋａの一次ビーム２ａに対する共役面１４８に長方形像を作り、Ｅ×Ｂ分離器１３６、１３７で試料側へ偏向され、２段のレンズ１３８、１３９で試料面１４２に長方形のビームを合焦させる。本電子光学装置では、二次ビームが優先なので試料面の共役面は二次ビームでＥ×Ｂ分離器１３６、１３７の偏向主面に形成されるので、ビームエネルギーが若干大きい一次ビームでの試料面の共役面はＥ×Ｂ分離器より遠い１４８の位置に形成される。
【００１５】
２段のレンズ１３８、１３９は、二次電子に対し回転が生じないように設計されるが、一次ビームに対してはある程度の回転を生じさせる。僅かに生じた回転ズレは、成形開口１３３を機械的に回転させることによって補正することができる。
【００１６】
このように写像投影型のレンズ系の第１の対物レンズを図２のようなギャップが下方にある磁気レンズと軸対称レンズとの組合わせとする最大のメリットは、軸上収差係数を数分の１以下にすることができる点である。即ち、静電レンズ方式で１００ｎｍの解像度であり、軸上色収差で制限されていた場合には、対物レンズ対を電磁レンズ対とすることによって５０ｎｍ或いは２５ｎｍの解像度にできる可能性があることである。
【００１７】
図３は、本発明のマスクの欠陥検査方法に使用される電子線装置の概略構成図である。電子線装置５０は、カソード１、ウエーネルト５２、及びアノード３を備える電子銃５７を含む。カソード１は、単結晶ＬａＢ6を尖らせ（９０度の角度を有する円錐体に研磨し）、その先端を曲率半径１５μｍ程度の球部分に形成したものである。ウエーネルト５２は、カソード１の先端から０．３ｍｍ程度試料側にその下面がくる位置に組立てられ、印可される電圧の変化により、電子銃５７の輝度とエミッタンスが制御される。図３の電子銃５７は、輝度及びエミッタンスが大きい動作条件で使われ、空間電荷制限領域で動作される。
【００１８】
電子銃５７から放出された電子線２ａは、コンデンサレンズ４で集束され、コンデンサレンズ４の下方の開口板５によりマルチビーム２ｂに分割され、その後、一次光学系のＮＡ開口６にクロスオーバを形成する。開口板５は、４行４列の開口５ａを備える。ＮＡ開口６を通過したマルチビーム２ｂは、縮小レンズ７によりビーム間隔及びビーム径を縮小され、対物レンズ１０で更に縮小され、５０ｎｍ程度のビーム径に絞られ、マスク（ステンシルマスク又はメンブレンマスク）１２の面に集束され、偏向器８、９でマスク１２上を走査される。
【００１９】
対物レンズ１０は、そのレンズギャップ１１が試料（マスク）側に設けられ、レンズ主面を試料側に下げることにより軸上色収差及び及び球面収差を下げる。マスク１２のパターンの無い部分を通過した電子線２ｃは、拡大レンズ１３及び１４で拡大され、４行４列の検出器１５が配置された検出面に合焦される。
【００２０】
電子線２ｃは、マスク１２のマスク面の走査に同期して偏向器２５によって常に拡大レンズ１４の中心を通るように制御される。透過電子線は、偏向器２３によって、対応する検出器１５に入る様に制御される。マスク１２は、ｙ方向へ連続的に移動されながら検出され、同時に偏向器８及び９によりｘ方向へラスタ走査される。
【００２１】
開口板５の４行４列の開口５ａは、図４Ａ、図４Ｂに示すようにｙ軸へ投影した間隔が、等間隔Δｙになるように配置される。開口５ａの並び方向は、両矢印Ｄ１、Ｄ２で示される。検出器１５において検出された信号は、信号処理回路１６で増幅され、デジタル信号に変換され、走査電源２２からの信号と共に画像形成回路１７で二次元画像１７ａに作られる。二次元画像１７ａは、パターンデータ１９から変換された検査用データ２０とパターン比較回路１８において比較され、欠陥１８ａが出力装置２１へ出力される。また４行４列の開口は図４Ａ又は図４Ｂに示すように直交する方向に並べることもできる。
【００２２】
マスク１２を照射する電子線２ｂのエネルギーは、ステンシルマスクの場合は、１ＫｅＶ−２０ＫｅＶのエネルギーを使用することが可能であるが、メンブレンマスクの場合は、メンブレン部を電子線が通過した時の散乱量があまり大きくならない様に１０ＫｅＶ以上の比較的高いエネルギーのビームが適している。
【００２３】
検出器１５は、残光時間が１ナノ秒以下の特性のシンチレータと、ＰＭＴを組み合わせた検出器を用いれば５００ＭＨｚのピクセル周波数で走査することも可能である。但しその時はＬａＢ6カソードを備える電子銃よりもＺｒ／Ｏ−ＷやＴａＣカソードを備える電子銃を用い、これらのカソードから四方向に放出される電子線を４つの開口へ照射し、マルチビームとするのが良い。
【００２４】
次に検査速度を見積もるため、つぎの仮定を置く。
ピクセルサイズ：０．０５μｍ×０．０５μｍ
マスク被検査面積：１４０ｍｍ（ｙ）×１００ｍｍ
ステージ折返し時間：０．５秒
【００２５】
１．ＬａＢ6カソードを備える電子銃で１６本ビーム、
ｘ方向視野寸法：０．０５ｍｍ
走査折返し時間：５μ秒
レジストレーション時間：１０秒
試料ロード・アンロード時間：２０秒
フロック周波数：１００ＭＨｚ
（１）走査時間：
［１４０×１００／（０．０５×１０-3）2］×１０×１０-9秒×［１／１６］＝３５０秒
（２）走査折返し時間：
（１４０／０．０５）×［１００／（１６×５×１０-5）］×５×１０-6秒＝１７５秒
（３）ステージ折返し時間：
（１４０／０．０５）×０．５秒＝１４０秒
（４）レジストレーション＋ロードアンロード時間＝３０秒
合計：６９５秒＝１２分
スループット：５枚／時間
【００２６】
２．ＴａＣカソードを備える電子銃で、５００ＭＨｚで走査、４本ビームで、他は上記１と同一。
（１）走査時間：
［１４０×１００／（０．０５×１０-3）2］×２×１０-9秒×［１／４］＝２８０秒
（２）走査折返し時間：
（１４０／０．５）×［１００／（４×５×１０-5）］×５×１０-6秒＝７００秒
（３）ステージ折返し時間：＝１４０秒
（４）レジストレーション＋ロードアンロード時間＝３０秒
合計：１１５０秒＝１９分
スループット：３．２枚／時間
【００２７】
次に、図５及び図６のフローチャートを参照して、本発明の電子線装置を使用する半導体デバイス製造方法について説明する。本発明の電子線装置は、図５及び図６のフローチャートにおいて、プロセス途中あるいは完成後のウエハの評価を行うものである。
【００２８】
図５に示すように、半導体デバイス製造方法は、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ製造工程Ｓ１、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Ｓ２、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程Ｓ３、ウエハ上に形成されたチップを１個づつに切り出し、動作可能にするすチップ組立工程Ｓ４、及び、完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含む。
【００２９】
上記した工程の中で、半導体デバイスの製造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２である。これは、この工程において、設計された回路パターンをウエハ上に形成し、かつ、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成するからである。このように半導体デバイスの製造に影響を及ぼすウエハ・プロセッシング工程のサブ工程において実行されたウエハの加工状態を評価することが重要であり、該サブ工程について、以下に説明する。
【００３０】
まず、絶縁層となる誘電体薄膜を形成するとともに、配線部及び電極部を形成する金属薄膜を形成する。薄膜形成は、ＣＶＤやスパッタリング等により実行される。次いで、形成された誘電体薄膜及び金属薄膜、並びにウエハ基板を酸化し、かつ、マスク製造工程Ｓ３によって作成されたマスク又はレチクルを用いて、リソグラフィ工程において、レジスト・パターンを形成する。そして、ドライ・エッチング技術等により、レジスト・パターンに従って基板を加工し、イオン及び不純物を注入する。その後、レジスト層を剥離し、ウエハを検査する。このようなウエハ・プロセッシング工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程Ｓ４においてチップ毎に分離される前のウエハが形成される。
【００３１】
図６は、図５のウエハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフローチャートである。図６に示すように、リソグラフィ工程は、レジスト塗布工程Ｓ２１、露光工程Ｓ２２、現像工程Ｓ２３及びアニール工程Ｓ２４を含む。レジスト塗布工程Ｓ２１において、ＣＶＤやスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウエハ上にレジストを塗布し、露光工程Ｓ２２において、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程Ｓ２３において、露光されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、アニール工程Ｓ２４において、現像されたレジスト・パターンをアニールして安定化させる。これら工程Ｓ２１〜Ｓ２４は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明のパターン評価方法に使用される電子光学装置の実施の形態を示す概略構成図。
【図２】本発明のパターン評価方法に使用される電子光学装置の第２の実施の形態を示す概略構成図。
【図３】本発明のマスクの欠陥検査方法に使用される電子線装置の概略構成図。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ図３の電子線装置に使用され得るマルチ開口板のマルチ開口の平面図。
【図５】本発明の電子線装置を使用して半導体デバイスを製造する方法のフローチャート。
【図６】図６は、図５に示したウエハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１：カソード、５：マルチ開口板、３：アノード、４：コンデンサレンズ、５：マルチ開口板、５ａ：マルチ開口、６：ＮＡ開口、７：縮小レンズ、８：軸合わせ兼走査偏向器（第１走査偏向器）、９：第２走査偏向器、１０：対物レンズ用電磁レンズ、１０ｃ：軸対称電極、１０ｂ：レンズギャップ、１０ｄ：レンズ電源、１１：ギャップ、１２：被検査マスク（ステンシルマスク、メンブレンマスク）、１３：第１拡大レンズ、１４：第２拡大レンズ、１５：検出器（シンチレータ＋ＰＭＴ検出器）、１６：信号処理回路、１７：画像成形回路、１８：比較器、１９：パターンデータ、２０：データ変換器、２１：欠陥出力器、２２：走査電源、２３：偏向器、２５：偏向器、３３：第１アノード、３４：第２アノード、３５：第３アノード、４０、４１、４６、４７：軸合わせコイル、４２：走査偏向器兼軸合わせ偏向器、４８：コンデンサレンズ、５２：ウエーネルト、６５：Ｅ×Ｂ用静電偏向器、６６：Ｅ×Ｂ用電磁偏向器、６８：負電源、６９：正電源、７１：拡大レンズ、７２：第２拡大レンズ、７３：二次電子検出器、７４：信号処理器、７５：パターンメモリ、１３０：電子線装置、１３１：電子銃、１３２：ンデンサレンズ、１３３：視野開口、１３４：ＮＡ開口、１３５：照射レンズ、１３６：Ｅ×Ｂ用８極偏向器、１３７：Ｅ×Ｂ用偏向コイル、１３８：第２対物レンズ、１３９：第１対物レンズ、１４０：レンズギャップ、１４１：軸対称電極、１４３：拡大レンズ、１４４：拡大レンズ、１４５：シンチレータ付きＦＯＰ窓、１４６：光学レンズ、１４７：ＴＤＩカメラ、１４８：一次ビームに対する試料の共役面、Ｄ１、Ｄ２：並び方向、Ｋ：試料（ウエーハ）、Ｋａ：試料面。
【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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【図６】
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