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JP2005158642A - Pattern evaluation method, and manufacturing method of device - Google Patents

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JP2005158642A
JP2005158642A JP2003398754A JP2003398754A JP2005158642A JP 2005158642 A JP2005158642 A JP 2005158642A JP 2003398754 A JP2003398754 A JP 2003398754A JP 2003398754 A JP2003398754 A JP 2003398754A JP 2005158642 A JP2005158642 A JP 2005158642A
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JP
Japan
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mask
electron
lens
sample
electron beam
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JP2003398754A
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Japanese (ja)
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Mamoru Nakasuji
護 中筋
Toru Satake
徹 佐竹
Takao Kato
隆男 加藤
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a pattern evaluation method using an electron beam device, having good beam resolution, eliminating the problem of deviation of rotation attitude, capable of inspecting defects of masks with high throughput. <P>SOLUTION: In order to evaluate the pattern of a sample K, an electron beam 2a emitted from an electron gun 37 is made incident on a sample face Ka through an object lens 10. The object lens is composed of a flat plate-shaped electrode 10c having a hole with an optical axis as a center arranged in parallel with the sample face, and an electromagnetic lens 10a having a gap 10b at sample side. In order to inspect the mask, the distances between a plurality of electron beams passed through the mask are magnified by a magnifying lens and converted into an electric signal. The light signal is converted into electric signal by a photomultiplier, and a two dimensional image is formed depending on a scanning signal and the above electric signal. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

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。   The present invention relates to a method for evaluating a wafer or a mask having a pattern with a minimum line width of 0.1 μm or less used for manufacturing a semiconductor device at a high throughput, and a device manufacturing method using such a method. The present invention also provides a method for inspecting a mask having a pattern with a minimum line width of 0.1 μm or less, particularly a stencil mask (a perforated shielding mask) or a membrane mask, used when manufacturing a semiconductor device, with high resolution and high throughput. And a device manufacturing method using a mask inspected by such a method.

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。   Conventionally, as a mapping type defect inspection apparatus or a pattern evaluation method using a multi-beam, an apparatus and a method using an electromagnetic lens or an electrostatic lens as an objective lens are known. In addition, the conventional stencil mask inspection apparatus scans the back surface of the stencil mask with one narrowed electron beam, detects electrons passing through the stencil mask, forms a transmission image of the stencil mask, and detects defects in the stencil mask. It has a structure to detect.

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。   Conventional mapping type devices or multi-beam devices using an electrostatic lens as an objective lens have difficulty in obtaining high resolution by increasing the beam current. Furthermore, when an electromagnetic lens is used for the objective lens, the beam is rotated by the objective lens twice in total, that is, the primary beam once and the secondary beam once, so that it is difficult to match the rotation posture of the beam to the reference coordinates. there were. The present invention has been made in view of these problems, and an object of the present invention is to provide a pattern evaluation method that has good beam resolution and that does not cause a problem of deviation in rotational posture.

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。   Further, the conventional stencil mask inspection apparatus having the above structure has a disadvantage that the throughput (the processing amount in a fixed time) is remarkably small because the entire surface of the stencil mask is scanned with one narrowed electron beam. It is an object of the present invention to provide a method that solves the disadvantages of the prior art and enables a defect inspection of a mask with high throughput.

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。   The method for evaluating a pattern of the present invention comprises: a. Causing an electron beam emitted from an electron gun to enter a sample surface through an objective lens; b. Directing secondary electrons emitted from the sample to a secondary electron detector; c. Forming a two-dimensional image with the signal from the secondary electron detector; and d. Evaluating the sample based on the two-dimensional image. The objective lens is formed of a perforated flat plate electrode parallel to the sample surface and centered on the optical axis, and an electromagnetic lens having a gap formed on the sample side. If the hole is axially symmetric, the outer shape of the electrode may not be circular as long as it is sufficiently away from the optical axis.

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。   In the method for evaluating a pattern of the present invention, preferably, the rotation posture of the primary electron beam or the secondary electron around the optical axis is adjusted by changing the excitation current of the electromagnetic lens, and the focusing condition generated thereby The deviation is adjusted by adjusting the voltage between the plate electrode and the sample. The primary electron beam is formed in a rectangular cross section, and the rotation posture is an angle formed by the rectangular beam side and a pattern side on the sample or a reference coordinate axis. Further, the primary electron beam is formed into a multi-beam, and the rotation posture is a multi-beam alignment direction D1, D2 with respect to a reference coordinate axis. The present invention also provides a device manufacturing method characterized by evaluating a wafer in the middle of a process using the pattern evaluation method.

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。   A method for inspecting a mask of the present invention comprises: a. Scanning one side of the mask based on a scanning signal with a plurality of finely focused electron beams; b. Enlarging the distance between the plurality of electron beams that have passed through the mask with a magnifying lens; c. Converting the expanded electron beam into an electrical signal; d. Forming a two-dimensional image of the mask based on the scanning signal and the electrical signal; e. Converting mask design data into inspection data; and f. A step of comparing the inspection data with the two-dimensional image and performing a defect inspection of the mask.

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。   In the method for inspecting a mask according to the present invention, preferably, the plurality of electron beams are narrowed down by a magnetic lens having a gap on the mask side. The plurality of electron beams are formed by irradiating a plurality of openings with an electron beam generated by a thermionic emission electron gun, and the electron gun is operated under a space charge limiting condition. The plurality of finely focused electron beams irradiate a plurality of openings with an electron beam obtained by thermal field emission of a Zr / O—W (tungsten zirconic acid) Schottky cathode or a transition metal carbide cathode. It is formed as a reduced image of a plurality of openings. The present invention also provides a device manufacturing method using the mask inspected by the above method.

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。 The present invention can provide a pattern evaluation method that has good beam resolution and that does not cause the problem of deviation in rotational posture. In addition, the present invention can provide a method that solves the disadvantages of the prior art and enables inspection of a mask with high throughput. According to the present invention, a defect inspection of a mask can be performed with high resolution. In the inspection method of the present invention, since the LaB 6 cathode is used under space charge limiting conditions, the S / N ratio is improved by a factor of 4 compared to the Schottky cathode, and the same S / N ratio is obtained with a beam current of 1/16. It is done. Since the number of beams can be 11 to 22, high throughput of 10 times or more can be expected.

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。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of an electron optical device 30 used in the pattern evaluation method of the present invention. The electron beam apparatus 30 includes an electron gun 37 including a cathode 1, a Wehnelt 52, a first anode 33, a second anode 34, and a third anode 35. Since the electron gun 37 operates under the space charge limiting condition, the shot noise is reduced to ¼ or less of the amount given by the Schottky theorem. The electron beam 2 a emitted from the electron gun 57 is axially aligned with the condenser lens 48 and the multi-aperture 5 a of the multi-aperture plate 5 by the alignment coils 46 and 47.

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。   The beam of 4 columns and 4 rows formed by the multi-aperture 5 a is axially aligned with the NA aperture 6 and the reduction lens 7 by the alignment coils 40 and 41. The beam 2b reduced to about 1/10 by the reduction lens 7 is aligned with the objective lens 10 by the octupole electrostatic deflectors 8 and 42, and the multi-beam 2b is focused on the sample K. The objective lens 10 includes an electromagnetic lens 10a and an axially symmetric electrode 10c. The gap 10b of the electromagnetic lens 10a is on the sample side, and the maximum value of the on-axis magnetic field is formed on the sample side of the electromagnetic lens 10a, equivalently lowering the lens principal surface and reducing the aberration coefficient.

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。   In the electron beam apparatus 30, an axially symmetric electrode 10c to which a positive high voltage is applied is provided at the z position where the on-axis magnetic field is maximized, and aberration is further reduced. The multi-beam 2b scans the sample K two-dimensionally by superimposing a scanning voltage on the axis-aligned electrostatic deflectors 8 and 42. Secondary electrons generated from the sample K are accelerated and focused by an accelerating electric field generated by a negative voltage 68 applied to the sample and a positive voltage 69 of the lens, pass through the objective lens 10 as a thin beam, and E × 1 is deflected to the left in FIG. 1 by the B separators 65 and 66, the interval between the multi-beams is enlarged by the two-stage electrostatic lenses 71 and 72, and detected by the multi-detector 73 including a scintillator and a photomultiplier. That is, it is converted into an optical signal by a scintillator, and this optical signal is incident on a photocathode of a photomal, where photoelectrons are generated, the photoelectrons are amplified by a multistage electrode, and a current signal is generated by a resistor connected between the final electrode and ground. To a voltage signal.

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。   A two-dimensional image is created in the signal processing circuit 74 based on the output signal of the multi-detector 73, and the image is stored in the memory 75. Magnetic lenses have the problem of rotating the beam instead of having low aberrations. In the multi-beam, if there is a deviation between the arrangement of the multi-beams and the reference coordinate axis, there arises a problem that the interval at which the multi-beam is projected in the y-axis direction is deviated from the equal interval. In the electron beam apparatus 30, if the amount of rotation of the multibeam after passing through the objective lens is too large, if the excitation current of the lens is reduced, and the focusing condition is underfocused, the voltage 69 applied to the electrode 10c is The focusing condition can be matched by lowering. In addition, when there is a rotation shift between the rotation direction of the secondary electron image and the secondary electron detector, the rotation shift can be adjusted by the lens.

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。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment of an electron optical device used in the pattern evaluation method of the present invention. In the electron optical device 130 according to the second embodiment, the electron beam 2 a emitted from the electron gun 131 is focused by the condenser lens 132 and illuminates the rectangular opening 133 a of the aperture plate 133. The rectangular shaped electron beam creates a crossover at the NA aperture 134, an irradiation lens 135 creates a rectangular image on the conjugate surface 148 with respect to the primary beam 2 a of the sample surface Ka, and the E × B separators 136 and 137 move to the sample side. It is deflected and a rectangular beam is focused on the sample surface 142 by the two-stage lenses 138 and 139. In this electron optical device, since the secondary beam is given priority, the conjugate surface of the sample surface is formed on the deflection main surface of the E × B separators 136 and 137 by the secondary beam. The conjugate plane of the surface is formed at a position 148 far from the E × B separator.

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。   The two-stage lenses 138 and 139 are designed so as not to rotate with respect to secondary electrons, but cause some rotation with respect to the primary beam. A slight rotational deviation can be corrected by mechanically rotating the molding opening 133.

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。   As described above, the greatest merit of combining the first objective lens of the projection type lens system with the magnetic lens having the gap below and the axially symmetric lens as shown in FIG. 2 is that the axial aberration coefficient is several minutes. It is a point which can be made 1 or less. That is, when the electrostatic lens system has a resolution of 100 nm and is limited by axial chromatic aberration, there is a possibility that a resolution of 50 nm or 25 nm can be achieved by using an objective lens pair as an electromagnetic lens pair. .

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。 FIG. 3 is a schematic configuration diagram of an electron beam apparatus used in the mask defect inspection method of the present invention. The electron beam apparatus 50 includes an electron gun 57 including a cathode 1, a Wehnelt 52, and an anode 3. The cathode 1 is obtained by sharpening a single crystal LaB 6 (polishing into a cone having an angle of 90 degrees) and forming the tip thereof in a spherical portion having a curvature radius of about 15 μm. The Wehnelt 52 is assembled at a position where its lower surface is approximately 0.3 mm from the tip of the cathode 1, and the brightness and emittance of the electron gun 57 are controlled by changing the applied voltage. The electron gun 57 of FIG. 3 is used under operating conditions with high luminance and emittance, and is operated in the space charge limited region.

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。  The electron beam 2a emitted from the electron gun 57 is focused by the condenser lens 4 and divided into multi-beams 2b by the aperture plate 5 below the condenser lens 4, and then a crossover is formed in the NA aperture 6 of the primary optical system. To do. The aperture plate 5 includes 4 rows and 4 columns of apertures 5a. The multi-beam 2b having passed through the NA aperture 6 is reduced in beam interval and beam diameter by the reduction lens 7, further reduced by the objective lens 10, and reduced to a beam diameter of about 50 nm, and a mask (stencil mask or membrane mask) 12 And is scanned on the mask 12 by the deflectors 8 and 9.

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。   The objective lens 10 has a lens gap 11 provided on the sample (mask) side, and lowers the axial principal chromatic aberration and spherical aberration by lowering the lens main surface to the sample side. The electron beam 2c that has passed through the unpatterned portion of the mask 12 is magnified by the magnifying lenses 13 and 14 and focused on the detection surface on which the detectors 15 in 4 rows and 4 columns are arranged.

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。   The electron beam 2 c is controlled so as to always pass through the center of the magnifying lens 14 by the deflector 25 in synchronization with scanning of the mask surface of the mask 12. The transmission electron beam is controlled to enter the corresponding detector 15 by the deflector 23. The mask 12 is detected while being continuously moved in the y direction, and is simultaneously raster scanned in the x direction by the deflectors 8 and 9.

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。   The openings 5a in 4 rows and 4 columns of the aperture plate 5 are arranged such that the intervals projected onto the y axis are equal intervals Δy as shown in FIGS. 4A and 4B. The arrangement direction of the openings 5a is indicated by double arrows D1 and D2. The signal detected by the detector 15 is amplified by the signal processing circuit 16, converted into a digital signal, and made into a two-dimensional image 17 a by the image forming circuit 17 together with the signal from the scanning power supply 22. The two-dimensional image 17 a is compared with the inspection data 20 converted from the pattern data 19 by the pattern comparison circuit 18, and the defect 18 a is output to the output device 21. Further, the openings of 4 rows and 4 columns can be arranged in orthogonal directions as shown in FIG. 4A or 4B.

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。   In the case of a stencil mask, the energy of the electron beam 2b that irradiates the mask 12 can be 1 KeV-20 KeV. In the case of a membrane mask, the energy is scattered when the electron beam passes through the membrane portion. A relatively high energy beam of 10 KeV or higher is suitable so that the amount does not become too large.

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。 The detector 15 can be scanned at a pixel frequency of 500 MHz by using a detector that combines a scintillator with a characteristic of an afterglow time of 1 nanosecond or less and a PMT. However, at that time, an electron gun having a Zr / O-W or TaC cathode is used rather than an electron gun having a LaB 6 cathode, and electron beams emitted in four directions from these cathodes are irradiated to four openings, Good to do.

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
Next, the following assumptions are made to estimate the inspection speed.
Pixel size: 0.05μm × 0.05μm
Mask inspection area: 140 mm (y) x 100 mm
Stage turnaround time: 0.5 seconds

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/(0.05×10-32]×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
1. 16 beams with an electron gun with LaB 6 cathode,
x-direction field size: 0.05mm
Scan folding time: 5 μs Registration time: 10 seconds Sample loading / unloading time: 20 seconds Flock frequency: 100 MHz
(1) Scanning time:
[140 × 100 / (0.05 × 10 −3 ) 2 ] × 10 × 10 −9 seconds × [1/16] = 350 seconds (2) Scanning folding time:
(140 / 0.05) × [100 / (16 × 5 × 10 −5 )] × 5 × 10 −6 seconds = 175 seconds (3) Stage turnaround time:
(140 / 0.05) × 0.5 seconds = 140 seconds (4) Registration + load / unload time = 30 seconds
Total: 695 seconds = 12 minutes
Throughput: 5 sheets / hour

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/(0.05×10-32]×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
2. An electron gun equipped with a TaC cathode, scanned at 500 MHz, with four beams, the other is the same as 1 above.
(1) Scanning time:
[140 × 100 / (0.05 × 10 −3 ) 2 ] × 2 × 10 −9 seconds × [1/4] = 280 seconds (2) Scan folding time:
(140 / 0.5) × [100 / (4 × 5 × 10 −5 )] × 5 × 10 −6 seconds = 700 seconds (3) Stage turnaround time: = 140 seconds (4) Registration + Load unload Time = 30 seconds
Total: 1150 seconds = 19 minutes
Throughput: 3.2 sheets / hour

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。   Next, a semiconductor device manufacturing method using the electron beam apparatus of the present invention will be described with reference to the flowcharts of FIGS. The electron beam apparatus of the present invention evaluates a wafer during or after the process in the flowcharts of FIGS.

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。   As shown in FIG. 5, when roughly divided, the semiconductor device manufacturing method manufactures a wafer manufacturing step S1 for manufacturing a wafer, a wafer processing step S2 for performing processing necessary for the wafer, and a mask required for exposure. A mask manufacturing process S3, a chip assembling process S4 that cuts out chips formed on the wafer one by one and enables operation, and a chip inspection process S5 that inspects the completed chip. Each of these steps includes several sub-steps.

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。   Among the processes described above, the process that has a decisive influence on the manufacturing of the semiconductor device is the wafer processing process S2. This is because, in this process, the designed circuit pattern is formed on the wafer and a large number of chips that operate as a memory or MPU are formed. As described above, it is important to evaluate the processing state of the wafer executed in the sub-process of the wafer processing process that affects the manufacture of the semiconductor device. The sub-process will be described below.

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。   First, a dielectric thin film that forms an insulating layer is formed, and a metal thin film that forms a wiring portion and an electrode portion is formed. Thin film formation is performed by CVD, sputtering, or the like. Next, the formed dielectric thin film and metal thin film and the wafer substrate are oxidized, and a resist pattern is formed in the lithography process using the mask or reticle created in the mask manufacturing process S3. Then, the substrate is processed according to the resist pattern by dry etching technique or the like, and ions and impurities are implanted. Thereafter, the resist layer is peeled off and the wafer is inspected. Such a wafer processing process is repeated for the required number of layers, and a wafer before being separated for each chip in the chip assembly process S4 is formed.

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。   FIG. 6 is a flowchart showing a lithography process which is a sub-process of the wafer processing process of FIG. As shown in FIG. 6, the lithography process includes a resist coating process S21, an exposure process S22, a developing process S23, and an annealing process S24. In the resist coating step S21, a resist is coated on the wafer on which the circuit pattern is formed by using CVD or sputtering, and in the exposure step S22, the coated resist is exposed. Then, in the developing step S23, the exposed resist is developed to obtain a resist pattern, and in the annealing step S24, the developed resist pattern is annealed and stabilized. These steps S21 to S24 are repeated for the required number of layers.

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。The schematic block diagram which shows embodiment of the electro-optical apparatus used for the pattern evaluation method of this invention. 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。The schematic block diagram which shows 2nd Embodiment of the electron optical apparatus used for the pattern evaluation method of this invention. 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。The schematic block diagram of the electron beam apparatus used for the defect inspection method of the mask of this invention. 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。4A and 4B are plan views of multi-apertures of multi-aperture plates that can be used in the electron beam apparatus of FIG. 3, respectively. 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。The flowchart of the method of manufacturing a semiconductor device using the electron beam apparatus of this invention. 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。FIG. 6 is a flowchart showing a lithography process which is a sub-process of the wafer processing process shown in FIG.

符号の説明Explanation of symbols

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。   1: cathode, 5: multi-aperture plate, 3: anode, 4: condenser lens, 5: multi-aperture plate, 5a: multi-aperture, 6: NA aperture, 7: reduction lens, 8: axis alignment and scanning deflector (1 scanning deflector), 9: second scanning deflector, 10: electromagnetic lens for objective lens, 10c: axially symmetric electrode, 10b: lens gap, 10d: lens power supply, 11: gap, 12: mask to be inspected (stencil mask) , Membrane mask), 13: first magnifying lens, 14: second magnifying lens, 15: detector (scintillator + PMT detector), 16: signal processing circuit, 17: image forming circuit, 18: comparator, 19: pattern Data: 20: Data converter, 21: Defect output device, 22: Scanning power supply, 23: Deflector, 25: Deflector, 33: First anode, 34: Second anode, 35: Third ano 40, 41, 46, 47: Axis alignment coil, 42: Scanning deflector and axis alignment deflector, 48: Condenser lens, 52: Wehnelt, 65: Electrostatic deflector for E × B, 66: E × B Electromagnetic deflector, 68: Negative power source, 69: Positive power source, 71: Magnifying lens, 72: Second magnifying lens, 73: Secondary electron detector, 74: Signal processor, 75: Pattern memory, 130: Electron beam Device: 131: electron gun, 132: sensor lens, 133: field aperture, 134: NA aperture, 135: irradiation lens, 136: 8-pole deflector for E × B, 137: deflection coil for E × B, 138: first 2 objective lens, 139: first objective lens, 140: lens gap, 141: axially symmetrical electrode, 143: magnifying lens, 144: magnifying lens, 145: FOP window with scintillator, 146: optical lens, 147 : TDI camera, 148: conjugate plane of sample with respect to primary beam, D1, D2: alignment direction, K: sample (wafer), Ka: sample plane.

Claims (10)

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。
A method for evaluating a pattern,
a. Making the electron beam emitted from the electron gun enter the sample surface through the objective lens;
b. Directing secondary electrons emitted from the sample to a secondary electron detector;
c. Forming a two-dimensional image with the signal from the secondary electron detector; and d. Evaluating the sample based on the two-dimensional image,
The objective lens is formed of a perforated flat plate electrode parallel to the sample surface and centered on the optical axis, and an electromagnetic lens having a gap formed on the sample side.
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。   The rotational attitude around the optical axis of the primary electron beam or secondary electron is adjusted by changing the excitation current of the electromagnetic lens, and the deviation of the focusing condition caused thereby is obtained by changing the voltage between the plate electrode and the sample. The method of claim 1, wherein the adjustments are combined. 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。   3. The method according to claim 2, wherein the primary electron beam has a rectangular cross section, and the rotation posture is an angle formed by the rectangular beam side and a sample pattern side or a reference coordinate axis. 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。   The method according to claim 2, wherein the primary electron beam is formed into a multi-beam, and the rotation posture is an alignment direction of the beams of the multi-beam with respect to a reference coordinate axis. 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。   5. A device manufacturing method, wherein a wafer in the middle of a process is evaluated using the pattern evaluation method according to claim 1. 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。
A method for inspecting a mask,
a. Scanning one surface of the mask based on the scanning signal with a plurality of narrowed electron beams;
b. A step of magnifying a distance between a plurality of electron beams that have passed through the mask with a magnifying lens;
c. Converting an electron beam having an increased interval into an electrical signal;
d. Forming a two-dimensional image of the mask based on the scanning signal and the electrical signal;
e. Converting mask design data into inspection data; and f. Comparing the inspection data with the two-dimensional image and performing a defect inspection of a mask.
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。   7. The method according to claim 6, wherein the plurality of electron beams are narrowed down by a magnetic lens having a gap on the mask side. 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。   7. The method of claim 6, wherein the plurality of electron beams are formed by irradiating a plurality of apertures with an electron beam generated by a thermionic emission electron gun, and the electron gun is operated under a space charge limited condition. . 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。   The plurality of narrowed electron beams irradiate a plurality of apertures with an electron beam obtained by thermal field emission of a Zr / O—W Schottky cathode or a transition metal carbide cathode, and the plurality of apertures are reduced. 7. The method of claim 6, wherein the method is formed as an image. 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。   10. A device manufacturing method using a mask inspected by the method according to any one of claims 6 to 9.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009009882A (en) * 2007-06-29 2009-01-15 Hitachi High-Technologies Corp Charged particle beam application apparatus and sample inspection method
JP2010025788A (en) * 2008-07-22 2010-02-04 Ebara Corp Charged particle beam inspection method and device
WO2020008492A1 (en) * 2018-07-02 2020-01-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ Scanning electron microscope

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009009882A (en) * 2007-06-29 2009-01-15 Hitachi High-Technologies Corp Charged particle beam application apparatus and sample inspection method
JP2010025788A (en) * 2008-07-22 2010-02-04 Ebara Corp Charged particle beam inspection method and device
US8368018B2 (en) 2008-07-22 2013-02-05 Ebara Corporation Method and apparatus for charged particle beam inspection
WO2020008492A1 (en) * 2018-07-02 2020-01-09 株式会社日立ハイテクノロジーズ Scanning electron microscope
US11251018B2 (en) 2018-07-02 2022-02-15 Hitachi High-Tech Corporation Scanning electron microscope

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