(57)【要約】【課題】  走査型電子顕微鏡を用いてパターンの検査を行う際に、正確なアライメントを行う。【解決手段】  走査型電子顕微鏡を用いて試料に形成されたパターンを検査において、試料を走査型電子顕微鏡の所定の位置に載置する光学的なアライメントを行う際に、アライメントに用いる光を試料に斜めから照射して、これにより得られたパターンの画像情報を用いて行う。また、この検査において、電子線を用いたアライメントを行う際には、電子線アライメントにおける電子線の加速電圧と、パターン検査における電子線の加速電圧とを、異なる電圧に設定することができるようにする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査型電子顕微鏡を用いて試料に形成されたパターンを検査するパターン検査方法において、
前記試料を前記走査型電子顕微鏡の所定の位置に載置する光学的なアライメントを行う光学的アライメント工程と、
前記試料に電子線を走査して前記パターンを検査する検査工程と、
を備え、
前記光学的アライメント工程は、アライメントに用いる光を前記試料に斜めから照射して、これにより得られた前記パターンの画像情報を用いて行うことを特徴とするパターン検査方法。
【請求項２】
前記光学的アライメント工程は、アライメントに用いる光を、被測定基板に対して垂直に照射して、これにより得られた反射情報と、前記パターンの画像情報と、を用いて行うことを特徴とする請求項１に記載のパターン検査方法。
【請求項３】
走査型電子顕微鏡を用いて試料に形成されたパターンを検査するパターン検査方法において、
電子線を用いて前記試料を前記走査型電子顕微鏡の所定の位置に載置するアライメントを行う電子線アライメント工程と、
前記試料に電子線を走査して前記パターンを検査する検査工程と、
を備え、
前記電子線アライメント工程における電子線の加速電圧と、前記検査工程における電子線の加速電圧とを、異なる電圧に設定することを特徴とするパターン検査方法。
【請求項４】
前記電子線アライメント工程における電子線の加速電圧は、前記検査工程における電子線の加速電圧より大きいことを特徴とする請求項３に記載のパターン検査方法。
【請求項５】
試料に形成されたパターンを検査する走査型電子顕微鏡において、
電子線を発射する電子銃と、
前記電子銃から発振された電子線が照射される位置に、前記試料を支持する支持台と、
前記試料を前記支持台の所定の位置に位置合わせする光学的アライメント手段と、
を備え、
前記光学的アライメント手段は、
前記試料に照射する光を発振する光源と、
前記光源から発振した光が前記試料に斜めから照射されるように偏向する偏向用絞りと、
を備えることを特徴とするパターン検査装置。
【請求項６】
前記パターン検査装置は、更に、
前記光源から発振した光が、前記試料に対して垂直に照射されるようにする垂直絞りと、
前記偏向用絞りと前記垂直絞りとを交換する交換手段と、
を備えることを特徴とする請求項５に記載のパターン検査装置。
【請求項７】
試料に形成されたパターンを検査する走査型電子顕微鏡において、
電子線を発射する電子銃と、
前記電子銃から発振された電子線が照射される位置に、前記試料を支持する支持台と、
前記電子銃の加速電圧を変更する変更手段と、
を備えることを特徴とするパターン検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明はパターン検査方法及びパターン検査装置に関する。更に、具体的には、走査型電子顕微鏡を用いたパターン検査方法及びパターン検査装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置の微細化よるパターンの微細化に伴い、半導体装置等のパターン検査においても、精度の高い検査が要求されている。このような微細なパターンの検査においては、走査型電子顕微鏡（以下、CD-SEMとする）が多用されている。
【０００３】
CD-SEMは、電子銃から放射された電子線（E-Beam）を電子光学系で収集して試料に導き、試料表面を２次元走査して、試料から放出された２次電子を検出して画像信号に変換してモニター上に表示する。これによりパターンの検査を行うことができる。CD-SEMによる電子線画像は、分解能が高いため、パターンの微細化に対応し精密な検査を行うことができる。
【０００４】
CD-SEMを用いたパターン検査においては、まず、試料であるウェーハのオリエンテーションフラットあるいはノッチを基準として、プリアライメントされる。その後、ウェーハは真空に保持された資料室内のＸＹステージに搬送されて、搭載される。ＸＹステージに搭載されたウェーハは、光学顕微鏡を用いてアライメントされる。光学的なアライメントは、明視野像を用いて、予め登録された手本画像とのマッチングにより、パターンを認識することにより行う。アライメントはパターンの座標系とステージの座標系との位置の補正を行うものである。その後、電子線を用いて最終的なアライメントを行う。その後、試料上に電子線を走査させ、電子線画像を取得してパターンの検査を行う（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１１８５３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、試料の下地膜厚によっては、手本画像とは、色相が異なるものとなる場合がある。手本画像と色相が異なると、正常なアライメントが実施できないことが考えられる。従って、同一のパターンであっても、下地膜厚の変化に応じて、複数のアライメント用手本画像のファイルを準備する必要がある。また、プロセスの変動に応じて、このようなファイルをその都度、使い分ける必要がある。従って、作業効率が低下してしまう。
【０００７】
また、近年、レジストパターン微細化に伴い、露光光源も、ｉ線から、ＫｒＦ、ＡｒＦへと短波長化が進んでいる。例えば、このＡｒＦ露光光に感光するレジストは、CD-SEMで用いる電子線に対する耐性が弱い。従って、加速電圧の大きな電子線を用いると、測定のたびにレジストがシュリンクしてしまう。このため、電子線の加速状態を極限まで抑えてパターンの計測を行う必要がある。しかし、従来のCD-SEMでは、電子線を用いた測定時と、アライメント時とで、加速電圧を変更することができない。従って、アライメントにおいても、低加速電圧の状態の電子線を用いることになる。しかし、低加速電圧の電子線では、２次電子の収集効率を充分に確保できず、正確なパターンエッジを検出することが困難である。このため、正確なアライメントの実施が難しい。
【０００８】
従って、この発明は、以上のような問題を解決し、より正確なアライメントを行うことができるよう改良したパターン検査方法及びパターン検査装置を提案するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明のパターン検査方法は、走査型電子顕微鏡を用いて試料に形成されたパターンを検査するパターン検査方法において、
前記試料を前記走査型電子顕微鏡の所定の位置に載置する光学的なアライメントを行う光学的アライメント工程と、
前記試料に電子線を走査して前記パターンを検査する検査工程と、
を備え、
前記光学的アライメント工程は、アライメントに用いる光を前記試料に斜めから照射して、これにより得られた前記パターンの画像情報を用いて行うものである。
【００１０】
あるいは、この発明のパターン検査方法は、走査型電子顕微鏡を用いて試料に形成されたパターンを検査するパターン検査方法において、
電子線を用いて前記試料を前記走査型電子顕微鏡の所定の位置に載置するアライメントを行う電子線アライメント工程と、
前記試料に電子線を走査して前記パターンを検査する検査工程と、
を備え、
前記電子線アライメント工程における電子線の加速電圧と、前記検査工程における電子線の加速電圧とを、異なる電圧に設定するものである。
【００１１】
あるいは、この発明のパターン検査装置は、試料に形成されたパターンを検査する走査型電子顕微鏡において、
電子線を発射する電子銃と、
前記電子銃から発振された電子線が照射される位置に、前記試料を支持する支持台と、
前記電子銃の加速電圧を変更する変更手段と、
を備えるものである。
【００１２】
あるいは、この発明のパターン検査装置は、試料に形成されたパターンを検査する走査型電子顕微鏡において、
電子線を発射する電子銃と、
前記電子銃から発振された電子線が照射される位置に、前記試料を支持する支持台と、
前記試料を前記支持台の所定の位置に位置合わせする光学的アライメント手段と、
を備え、
前記光学的アライメント手段は、
前記試料に照射する光を発振する光源と、
前記光源から発振した光が前記試料に斜めから照射されるように偏向する偏向用絞りと、
を備えるものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明においては、光学的アライメントを行う際、アライメントに用いる光を、試料に斜めから照射して得られたパターン情報を用いて行うことができる。従って、試料の下地膜厚が変化し色相が異なる場合にも、色相の変化の影響を抑え、正確なアライメントを行うことができる。
【００１４】
あるいは、この発明において、電子線を用いたアライメントを行う際には、電子線を用いてアライメントを行う際の加速電圧と、電子線を用いてパターン検査を行う際の加速電圧とを、異なる電圧に設定することができる。従って、アライメントの際には、電子線によるパターン測定の際の電圧とはことなる適切な電圧に設定することができ、より正確なアライメントを行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１６】
実施の形態．
図１は、この発明の実施の形態におけるパターン検査装置を説明する模式図である。また、図２は、パターン検査装置において、光学的アライメントを行う際に用いる絞りを説明するための模式図である。
図１に示すようにパターン検査装置１００は、チャンバ２内に収納されている。パターン検査装置１００は、光学的アライメントを行うための光学顕微鏡部１１０と、パターン検査を行う電子光学系１２０とを含んで構成されている。
【００１７】
光学顕微鏡部１１０においては、アライメントに用いる光を照射するランプ４が配置されている。ランプ４からの光を受ける位置には、絞り６が配置され、絞り６を透過した光を受ける位置に対物レンズ８が配置されている。対物レンズ８を透過した光を受ける位置には、ＸＹステージ１０が配置されている。また、ＸＹステージ１０に載置された試料からの反射光を受ける位置に、画像取得部１２が設けられている。また、画像取得部１２に、画像比較部１４が接続され、画像比較部１４は、制御系１６に接続されている。制御系１６は、ＸＹステージ１０に接続され、ＸＹステージ１０の位置補正を行うことができる。
【００１８】
一方、電子光学系１２０においては、パターン検査やアライメント（以下、E-Beamアライメントとする）を行うための電子線を照射する電子銃１８が配置され、電子銃１８下方には、引出電極２０が配置されている。また、引出電極２０には電子線の加速電圧を変化させる電圧切替器２２が接続されている。また、電子銃１８から発射した電子線の通過経路には、集束レンズ２４、偏向コイル２６、及び、対物レンズ２８が設けられている。この通過経路を通過した電子線が照射する位置にはＸＹステージ１０が設けられている。
また、ＸＹステージ１０上に載置される試料からの２次電子を検出できる位置に、２次電子検出器３０が設けられ、２次電子検出器３０には、画像比較部３２が接続されている。
【００１９】
この実施の形態においては、パターン検査装置１００を用いて検査する際、試料として、ＸＹステージ１０上には、ウェーハ３４が載置される。
【００２０】
また、図２を参照して、光学顕微鏡部１１０においては、暗視野用の絞り６が用いられている。但し、この絞りは、必要に応じて、明視野用の絞り３６に変更することもできる。ここで、暗視野用の絞り６は、光遮光部が２重の円になっている。即ち、光を透過する部分は、ドーナツ上の中空円状になっている。一方、明視野用の絞り３６において、遮光部は、中央部分を円形にくり抜いたドーナツ形状になっている。即ち、暗視野用の絞り６を透過する光は、対物レンズ８を介して、斜めからＸＹステージ１０の試料上に照射する。また、明視野用の絞り３６を透過する光は、ＸＹステージ１０に対して垂直方向に照射する。
【００２１】
図３は、上述したパターン検査装置１００を用いてパターン検査を行う際に用いられるシステム全体を説明するための模式図である。
上述のように、パターン検査装置１００は、制御系１６や、画像比較部１４、３２等の一部の機器を除いて、チャンバ２内に収納されている。
図３に示すように、この実施の形態においてパターン検査において用いるシステムには、ウェーハケース４０、プリアライメント部４２、ロードロック室４４及びパターン検査装置１００を含むチャンバ２が含まれている。
【００２２】
図４、図５は、実施の形態においてパターン寸法を測定するウェーハを説明するための模式図であり、図４は、上面を表し、図５は、図４におけるＡ−Ａ´における断面の一部を表す。
図４に示すように、ウェーハ３４には、様々なパターンとともに、比較的検知しやすい形状のアライメントマーク５０が設けられている。なお、図５においては、このアライメントマーク５０付近の断面が表されている。
【００２３】
図５に示すように、ウェーハ３４においては、Ｓｉ基板５２上に、ＳｉＯ２膜５４が形成されている。ＳｉＯ２膜５４の膜厚は約１０nmである。ＳｉＯ２膜５４上には、ＳｉＮ膜５６が形成されている。ＳｉＮ膜５６の膜厚は、約１５０nmである。また、ＳｉＮ膜５６上には、有機反射防止膜５８が形成されている。有機反射防止膜５８の膜厚は約７７nmである。有機反射防止膜５８上には、レジスト６０が塗布されている。レジスト６０の膜厚は約４００nmであり、レジスト６０には、アライメントマーク５０が形成されている。
【００２４】
図６は、この発明の実施の形態において、パターン寸法を測定する工程を説明するためのフロー図である。
以下、実施の形態におけるパターン寸法の測定方法について説明する。
【００２５】
ウェーハ３４は、ウェーハケース４０に保管された状態にある。検査においては、まず、ウェーハケース４０からパターン検査対象となるウェーハ３４が、プリアライメント部４２に搬送される（ステップＳ２）。プリアライメント部４２では、ウェーハ３４のオリエンテーションフラットやノッチ等を基準として、プリアライメントを行う（ステップＳ４）。このプリアライメントにより、ＸＹステージ１０の移動方向に、ウェーハ３４の結晶方向が合わせられる。
【００２６】
プリアライメント後、ウェーハ３４はロードロック室４４に搬送され（ステップＳ６）、ロードロック室から、真空引きによりチャンバ２内に搬送されて、ＸＹステージ１０に載置される（ステップＳ８）。
【００２７】
次に、光学的なアライメントを行う（ステップＳ１０）。ここでは、光学顕微鏡部１１０のランプ４から発振した所定の光が、暗視野用の絞り６を透過して、対物レンズ８を介して、ウェーハ３４のアライメントマーク５０付近に斜めに入射する。これにより得られる暗視野像を、画像取得部１２により検出する。暗視野像は、アライメントマークの数百倍程度に拡大された光学顕微鏡像であり、表面の凹凸状態の情報から得られる像である。この暗視野像は、画像比較部１４に送られる。ここで、予め画像比較部１４に登録された手本画像と、丁度重なるように、ステージ位置の補正量が算出される。ステージ位置の補正量が算出されると、制御系１６に、その信号が送信され、制御系１６により、ＸＹステージ１０の位置座標が補正される。これにより光学的なアライメントが終了する。
【００２８】
次に、E-Beamアライメントを行う（ステップＳ１２）。ここでは、電子銃１８と引出電極２０との間の電圧を、電圧切替器２２により、約１０００eVの、高加速電圧に設定する。この引出電極２０に電圧がかけられることにより、電子銃１８から、電子線が引き出される。この高加速電圧の電子線を、アライメントマーク５０付近に照射する。ここで、反射した２次電子を、２次電子検出器３０で検出し、電気信号に変換されて、画像データとして、画像比較部３２に送信される。画像比較部３２では、予め登録された手本画像と比較して、両者の像が合致するように補正量が算出される。補正量は、制御系１６に送信され、制御系１６により、ＸＹステージ１０の位置座標が補正され、最終的なＸＹステージの座標位置が決定される。これによりE-Beamアライメントが終了する。
【００２９】
その後、パターン検査を行う（ステップＳ１４）。ここでは、電圧切替器２２により、電子銃１８と引き出し電極２０との間の電圧の設定を、約４００eVの低加速電圧に変更して行う。この低加速電圧により電子銃１８から引き出された電子線は、まず、集束レンズ２４により集束された後、偏向コイル２６により、照射方向が調整される。その後、対物レンズ２８により、電子線は更に細く絞られ、ウェーハ３４を走査する。ウェーハ３４からは、２次電子が放出され、２次電子は、２次電子検出器３０で検出されて、電気信号に変換されて、試料像を得ることができる。
この試料像を検査することにより、ウェーハ３４上に形成されたパターンの形状の検査を行うことができる。
【００３０】
以上のように、実施の形態においては、光学的アライメントを、暗視野用の絞り６を用いて行う。ここで取得される暗視野像は、表面の凹凸の情報から得られる像であり、下層膜の影響を受け難い。従って、下層膜の膜厚が変化する場合にも、１の手本画像のみで対応して、正確なアライメントを行うことができる。
【００３１】
この実施の形態において、光学アライメントを行った場合の具体例について説明する。
図７は、この実施の形態におけるパターン検査装置において用いた手本画像を説明するための図であり、図８は、従来の検査装置の光学的アライメントにおいて得られた画像を説明するための図であり、実施の形態におけるパターン検査装置の光学的アライメントにおいて得られた暗視野像を説明するための図である。
【００３２】
図８に示すように、従来の検査装置においては、下層膜厚が異なる場合、光学的アライメントにおいて得られる画像は、図７の手本画像の色相とは異なる。このため、正確にパターンを認識することが困難であり、正確なアライメントを行うことが難しい。
一方、図９に示すように、実施の形態のパターン検査装置１００においては、下層膜厚が異なる場合にも光学的アライメントにおいて得られる暗視野像は、図７の手本画像と同様の色相となる。従って、正確なアライメントを行うことができる。
【００３３】
また、実施の形態においては、E-Beamアライメントを行う際、高加速電圧に切り替えて行い、実際に正確なアライメントを行うことができる。一方、実際のパターン検査の際には、約４００eV程度の低加速度で行うこができる。従って、レジスト６０がダメージを受けるのを抑えることができる。
【００３４】
実施の形態においてE-Beamアライメントを行った場合の具体例について説明する。
図１０は、従来のパターン検査装置のアライメントの際に得られたアライメントマーク５０の２次電子像を説明するための図であり、図１１は、この実施の形態のパターン検査装置１００のアライメントの際に得られたアライメントマーク５０の２次電子像を説明するための図である。
【００３５】
図１０と図１１とを比較すると、従来のパターン検査装置における２次電子像のパターンエッチ部は、不鮮明であり、正常なパターンの認識が困難である。これに対して、図１０に示すように、この実施の形態のパターン検査装置における２次電子像のパターンエッチ部は鮮明であり、正確にパターンの認識ができる。従って、この実施の形態のパターン検査装置によれば、より正確なアライメントを行うことができる。
【００３６】
また、この実施の形態においては、光学的アライメント及びE-Beamアライメントをより正確に行うことができるため、パターンの検査自体を、より正確に行うことができる。
【００３７】
なお、この実施の形態においては、走査型電子顕微鏡を用いたパターン検査について説明した。しかしこの発明は、これに限るものではなく、この実施の形態において説明したアライメント方法を、例えば、他の電子顕微鏡や、あるいは、露光装置等に適用したものであってもよい。
【００３８】
また、この実施の形態においては、暗視野用の絞り６のみを用いて光学的アライメントを行う場合について説明した。しかしこの発明においては、これに限るものではなく、暗視野用の絞り６により得られた暗視野像と、明視野用の絞り３６を用いて得られた明視野像との両方の像を利用するものであってもよい。これにより、より正確な光学的アライメントを行うことができる。
【００３９】
また、この実施の形態においては、暗視野用の絞り６を用いた光学的アライメントを行った後、E-Beamアライメントにおいては、加速電圧を調節したアライメントを行う場合について説明した。しかし、この発明は、これに限るものではない。例えば、暗視野用の絞り６を用いた光学的アライメントを行った後、E-Beamアライメントは、従来通りの方法で行うものであってもよい。また、逆に、従来通りの明視野用の絞り３６を用いた光学的アライメントを行った後、この実施の形態において説明した加速電圧を調節したE-Beamアライメントを行うものであってもよい。あるいは、光学的アライメント又はE-Beamアライメントのどちらか一方のみのアライメントを行うものであってもよい。
【００４０】
また、このアライメントの方法に応じて、この発明のパターン検査装置１００においても、絞りを変更できないものや、あるいは、電圧切替器２２のような機能を有しないものであってもよい。これらは、必要に応じて装置内に組み込まれればよい。
【００４１】
また、この発明においてパターン検査装置１００の構成は、実施の形態において説明したものに限るものではない。パターン検査装置の構成は、必要に応じて、この発明の範囲内で、適宜選択し得るものである。
【００４２】
また、この発明において、検査するパターンは、この実施の形態において説明したウェーハ３４に限るものではなく、半導体装置や液晶装置等、様々な試料のパターンの検査を行うことができる。
【００４３】
また、この発明において、ランプ４からの光を斜めに入射させる手段は、暗視野用の絞り６に限るものではない。この発明においては、斜めに光を照射し、暗視野像を得られるものであれば、他の手段を用いてもよい。
【００４４】
なお、例えば、この実施の形態において、ステップＳ１０を実行することにより、この発明における光学的アライメント工程が実行され、ステップＳ１２を実行することにより電子線アライメント工程が実行される、ステップＳ１４を実行することにより検査工程が実行される。
【００４５】
また、例えば、この実施の形態において、ＸＹステージ１０は、この発明における試料台に該当し、電圧切替器２２は、変更手段に該当する。また、例えば、ランプ４は、この発明における光源に該当し、暗視野用の絞り６は、この発明における偏向用絞りに該当し、明視野用の絞り３６は、この発明における垂直絞りに該当する。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】この発明の実施の形態におけるパターン検査装置を説明するための模式図である。
【図２】この発明の実施の形態におけるパターン検査装置において用いる絞りについて説明するための概略図である。
【図３】この発明の実施の形態におけるパターン検査を行う際のシステムについて説明するための模式図である。
【図４】この発明の実施の形態においてパターン検査に用いるウェーハについて説明するための上面図である。
【図５】この発明の実施の形態においてパターン検査に用いるウェーハについて説明するための断面図である。
【図６】この発明の実施の形態におけるパターン検査方法について説明するためのフロー図である。
【図７】この発明の実施の形態において用いる手本画像について説明するための図である。
【図８】従来のパターン検査装置の光学的アライメントにより得られた明視野像を説明するための図である。
【図９】この発明の実施の形態におけるパターン検査装置による光学的アライメントにより得られた暗視野像を説明するための図である。
【図１０】従来のパターン検査装置により電子線アライメントにより得られた２次電子像を説明するための図である。
【図１１】この発明の実施の形態におけるパターン検査装置により電子線アライメントにより得られた２次電子像を説明するための図である。
【符号の説明】
【００４７】
１００  パターン検査装置
１１０  光学顕微鏡部
１２０  電子光学系
２  チャンバ
４  ランプ
６  絞り
８  対物レンズ
１０  ＸＹステージ
１２  画像取得部
１４  画像比較部
１６  制御系
１８  電子銃
２０  引出電極
２２  電圧切替器
２４  集束レンズ
２６  偏向コイル
２８  対物レンズ
３０  ２次電子検出器
３２  画像比較部
３４  ウェーハ
３６  明視野用絞り
４０  ウェーハケース
４２  プリアライメント部
４４  ロードロック室
５０  アライメントマーク
５２  Ｓｉ基板
５４  ＳｉＯ２膜
５６  ＳｉＮ膜
５８  有機反射防止膜
６０  レジスト
【図１】
2005172698.tif 000003
【図２】
2005172698.tif 000004
【図３】
2005172698.tif 000005
【図４】
2005172698.tif 000006
【図５】
2005172698.tif 000007
【図６】
2005172698.tif 000008
【図７】
2005172698.tif 000009
【図８】
2005172698.tif 000010
【図９】
2005172698.tif 000011
【図１０】
2005172698.tif 000012
【図１１】
2005172698.tif 000013