JP2009128007A - 検査装置、検査方法及び記憶媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】レジストパターンと、シリコンを含む有機膜である反射防止膜と、が上側からこの順番で積層された基板に対して、電子線を照射することにより、当該パターン上への有機成分からなる残渣の付着の有無を検査するにあたり、精度高く残渣の付着の有無を判別すること。
【解決手段】基板と、基板から放出される電子を検出するための検出手段と、の間に負のバイアス電圧を印加することにより、基板の内部から放出される２次電子を基板側に押し戻し、一方基板の極表層から放出される反射電子を検出手段に到達させる。これにより、残渣が極めて薄い場合や、パターンの幅が狭い場合などであっても精度高く残渣を検出することができる。また、反射電子では物質の組成に基づいた画像が得られることから、残渣と反射防止膜との組成が近い場合であっても、残渣を精度高く検出できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、パターンが形成されたマスク層を備えた基板またはレチクルに対して、真空雰囲気にて電子線を照射し、前記パターンの欠陥の検査を行う技術分野に関する。

半導体装置の製造工程において、例えば半導体ウエハ（以下ウエハという）上に形成されたレジストパターンの欠陥検査方法については、光学式検査方法があるが、当該方法ではレジストパターンの線幅が例えば３２ｎｍ以下になると当該パターンの欠陥を検出することができない場合がある。
そこで、パターンの線幅が３２ｎｍ以下、例えば１５ｎｍにおける当該パターンの欠陥を検査できる方法として、電子線を用いたＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）式の検査方法がある（例えば特許文献１参照）。

このＳＥＭ式の検査方法は、図６に示すように、真空容器１００の上方側に設けられた電子放出部１０１から載置台１０２上のウェハＷに対して電子線（１次電子）を照射し、ウエハＷの表層から放出される２次電子を検出器１０３において検出して、その強度分布を調べることによって、レジストパターンの欠陥検査を行う方法である。電子線の入射により、ウェハＷからは電子線が弾性的に反射した反射電子と、ウェハＷの内部で発熱や遷移などによりエネルギーが電子線よりも小さくなった２次電子と、が放出されるが、図７に示すように、反射電子よりも２次電子の方がウェハＷから放出される量が多いので、このような検査装置では、欠陥の検出に２次電子を利用している。尚、この２次電子のエネルギーは、照射する電子線のエネルギーに関わらず、おおよそ１０００ｅＶ以下となっている。

例えば図８（ａ）、（ｂ）に示すように、シリコン層１１０上に、被エッチング膜である絶縁膜１１１、露光時の反射を防止するための主に有機成分からなる反射防止膜１１３及び有機膜であるフォトレジストマスク１１６が下側からこの順番で積層されたウェハＷに対して、露光及び現像を行うことにより、例えばライン状の開口部１１４を含むパターンを形成する場合には、開口部１１４内にフォトレジストマスク１１６の残渣１１５が付着してしまうおそれがある。このような残渣１１５は、その後のエッチングにおいて被エッチング膜のパターンに転写されてしまうおそれのあることから、この残渣１１５の付着状況を検査により把握する必要がある。そこで、この残渣１１５の付着の有無を検査するために、上記ＳＥＭ式の検査装置が用いられる。

ところで、ウェハＷの表面に既述の開口部１１４などの凹凸が形成されている場合には、このウェハＷに対して図９（ａ）に示すように電子線を照射すると、同図（ｂ）に示すように、エッジ部から放出される２次電子の量が多くなるエッジ効果が現れる。このため、２次電子の輝度情報に基づくパターン画像について補正しなければならず、その場合配線密度が高くなって開口部１１４の開口幅が狭くなると、エッジ同士が近づいて各エッジ効果に基づく輝度のピーク同士が重なり合うことから、パターン画像の補正が困難になり、結果として残渣１１５を精度高く検出することが困難になる。
また、電子線の加速電圧を増やしていくにつれて電子線の到達深さが深くなっていくので、２次電子は、電子線の到達深さに対応した深さ位置から放出される。このため、開口部１１４において、残渣１１５の付着した部位については残渣１１５を透過しないように、また残渣１１５の付着していない部位についてはフォトレジストマスク１１６の下側の層内に到達するように加速電圧を調整しなければならず、従って加速電圧の調整が極めて難しい。このため、残渣１１５の厚さが薄くなっていくと、残渣１１５の付着した部位と付着してしない部位との間の輝度差が大きく取れなくなり、残渣１１５の検出が困難になる。

また、フォトレジストマスク１１６の下層側の反射防止膜１１３は、フォトレジストマスク１１６よりも炭素が多いので、フォトレジストマスク１１６と反射防止膜１１３との間では輝度差が生じるが、どちらも有機物であることから、図９（ｃ）に示すように、その輝度差が小さい。そして、最近では、エッチング選択比を大きく取るために、反射防止膜１１３中に例えばシリコンなどの無機成分を微量に含有させるものもあるが、この場合でも輝度差がそれ程大きくならず、やはり残渣１１５の判別は容易ではない。
特許文献２には、ウェハＷに対して電子線を照射し、このウェハＷから放出される反射電子を検出する技術が記載されているが、上記の課題については記載されていない。

特開２００２−２１６６９８号公報 特開平５−２６４４６４号公報

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、マスク層を有する被検査体に対して電子線を照射することにより、マスクのパターン上の残渣の付着の有無を検査するにあたり、高い精度で残渣の有無を検査することのできる技術を提供することにある。

本発明の検査装置は、
パターンが形成されたマスク層と、下層膜と、が上側からこの順番で積層された被検査体に対して電子線を照射することにより、当該パターン上の残渣の有無を検査する検査装置において、
被検査体を載置する載置台がその内部に設けられた真空容器と、
この真空容器内を真空排気するための真空排気手段と、
前記載置台上の被検査体に対して電子線を照射するための電子放出部と、
前記被検査体から放出される反射電子を検出するための電子検出手段と、
前記電子検出手段と前記被検査体との間に設けられ、前記被検査体から放出される２次電子を前記被検査体側に押し戻すために、負電圧である逆バイアス電圧が印加される逆バイアス電極と、を備えたことを特徴とする。
前記マスク層は、レジスト層であることが好ましい。
前記下層膜は、有機成分を主成分とする反射防止膜であることが好ましく、更にシリコンと酸素及びシリコンを含む化合物との少なくとも一方を含むことが好ましい。

本発明の検査方法は、
パターンが形成されたマスク層と、下層膜と、が上側からこの順番で積層された被検査体に対して電子線を照射することにより、当該パターン上の残渣の有無を検査する検査方法において、
被検査体を真空容器内の載置台に載置して、前記真空容器内を真空排気する工程と、
前記被検査体に電子線を照射する工程と、
前記被検査体から放出される２次電子を前記被検査体側に押し戻すために、前記被検査体と前記被検査体から放出される反射電子を検出するための電子検出手段との間に負電圧である逆バイアス電圧を印加する工程と、
次いで、前記被検査体から放出される反射電子を検出する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の記憶媒体は、
コンピュータ上で動作するプログラムを格納する記憶媒体であって、
前記プログラムは、上記検査方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする。

本発明によれば、パターンが形成されたマスク層と、下層膜と、が上側からこの順番で積層された被検査体に対して電子線を照射することにより、当該パターン上の残渣の有無を検査するにあたり、被検査体と、被検査体から放出される電子を検出する電子検出手段と、の間に負電圧である逆バイアス電圧を印加して、被検査体から放出される２次電子を被検査体側に押し戻し、被検査体の表層から放出される反射電子を検出するようにしている。そのために、２次電子に特有のエッジ効果がなくなり、パターンの開口幅が狭い領域においても鮮明な画像が得られるので、高い精度で残渣の有無を検出できる。また、被検査体の表層において反射される反射電子を用いることにより、被検査体の表層の情報を得ることができるので、薄い残渣であっても精度高く検出することができる。更に、被検査体の表層で反射する反射電子を利用することによって、加速電圧を変えても被検査体の表層からの情報を取得することができるので、加速電圧の調整幅が広くなり、加速電圧の調整が容易になる。更にまた、反射電子を用いることにより、被検査体の表層の組成に基づいた情報を得ることができるので、僅かな組成の差であっても判別可能となり、残渣と下層膜との間の組成が近く、２次電子では残渣と下層膜との輝度差が小さい場合であっても、大きな輝度差を得ることができ、残渣を精度高く検出できる。

本発明の検査装置の一例について、図１及び図２を参照して説明する。図１は、検査装置の一例を示す横断面図である。この検査装置は、同図中手前側から、大気搬送室２３、左右に並ぶ２台のロードロックモジュール２２、２２、横断面形状が５角形をなす真空搬送室２１及び例えば１台のＳＥＭ式の検査モジュール３０がこの順番で並び、また各々がゲートバルブＧを介して気密に接続されるように構成されている。

大気搬送室２３の手前側には、複数枚例えば２５枚の被検査体であるウエハＷを収納可能な密閉型の基板搬送容器である、ＦＯＵＰと呼ばれるウエハキャリア（以下、キャリアという）２００を取り付けるための搬入出ポート２４が例えば２カ所に設けられている。これらの搬入出ポート２４には、夫々図示しないシャッターが設けられており、搬入出ポート２４にキャリア２００が取り付けられると、このシャッターが外れて、キャリア２００内と大気搬送室２３とが気密に連通するように構成されている。また、大気搬送室２３には、キャリア２００とロードロックモジュール２２との間において、ウエハＷの受け渡しを行うための多関節構造の搬送アーム機構２７が鉛直方向軸回りに回転及び進退自在に設けられており、この搬送アーム機構２７は、左右に並ぶ２個のキャリア２００の配列に沿ってレール２８上を走行可能となっている。

ロードロックモジュール２２は、内部を大気雰囲気と真空雰囲気とに切り替えて、ウェハＷを待機させるための領域であり、ウェハＷを載置するための載置台７１と、排気バルブ及びリーク弁（いずれも図示せず）と、を備えている。
真空搬送室２１には、検査モジュール３０とロードロックモジュール２２との間においてウェハＷの受け渡しを行うための基板搬送手段である搬送アーム機構５０が回転及び進退自在に設けられており、この搬送アーム機構５０の回転中心は、真空搬送室２１の略中央に配置されている。

次に、ＳＥＭ式の検査モジュール３０について図２を参照して説明する。図２中の３１は真空容器であり、この真空容器３１内の下部には、ウエハＷを載置するための載置台３２が設けられている。この載置台３２は、Ｘ−Ｙ駆動機構３３によって水平方向に移動できるように構成されている。載置台３２の表面には、ウェハＷを保持するための静電チャック３４が設けられており、また載置台３２の内部には、既述の搬送アーム機構５０との間においてウエハＷの受け渡しを行うための図示しない昇降ピンが設けられている。この載置台３２の内部には、電子線の照射により昇温するウェハＷの冷却を行うための冷却機構３６が設けられている。この冷却機構３６は、例えば真空容器３１の外部との間において冷媒が循環するように構成されており、載置台３２の上面に開口する図示しないガス供給口からウェハＷの裏面に供給されるバックサイドガスにより、この冷却機構３６とウェハＷとの間における熱交換が速やかに行われる。この載置台３２には、ウェハＷ近傍に放出される電子線（１次電子）の速度を遅くするために、負の電圧をウェハＷに対して印加するための電源３５が接続されている。

また、真空容器３１の天井部には、載置台３２に対向するように、ウエハＷに電子線を照射するための電子放出部６０が設けられている。この電子放出部６０には、負の電圧を印加するための電源６１が接続されており、この電源６１と既述の載置台３２の電源３５とに印加される電圧の差は、ウェハＷに照射される電子線の加速電圧となる。また、電子放出部６０と載置台３２との間には、電子放出部６０から放出された電子線を集束させるための集束レンズ６２、電子線の通過範囲を規制するアパーチャ６３及び電子線を走査するための走査コイル６４が上側からこの順番で設けられている。これらのアパーチャ６３及び走査コイル６４は、接地されている。さらに載置台３２と走査コイル６４との間には、電子線の照射によってウエハＷから放出される反射電子を検出するために、電子放出部６０の中心軸の延長線を囲むようにリング状に形成された電極からなる電子検出手段６９が設けられている。この電子検出手段６９には、ウェハＷから放出される反射電子を引き寄せるために、例えば１０ｋＶの正の電圧を印加する電源８０に接続されている。この電子検出手段６９とウェハＷとの間には、ウェハＷから放出される２次電子をウェハＷ側に押し戻すために、負の電圧が印加される逆バイアス電極８１がリング状に設けられている。ここで、既述の図７に示すように、反射電子のエネルギーは、２次電子のエネルギーよりも大きい。そのため、当該逆バイアス電極８１を通過しようとする反射電子のエネルギーについては消失させずに、且つ２次電子のエネルギーが消失するように、負の電圧（逆バイアス）が印加されている。この例では、ウェハＷには電源３５により−１０ｋＶの電圧が印加されているので、負電圧電源８２により逆バイアス電圧を例えば−１１ｋＶに設定することで、エネルギーが例えば１０００ｅＶ以下の電子がウェハＷ側に押し戻されることとなる。
真空容器３１の底部には、排気ポート６６が形成されており、この排気ポート６６にはバルブＶ１を介して真空排気手段である真空ポンプ６７が接続されている。真空容器３１の側壁には、搬送口６８が形成されており、この搬送口６８を介してウェハＷが真空容器３１内に搬入されることとなる。

この検査装置には、例えばコンピュータからなる制御部２が設けられている。この制御部２はプログラム、メモリ、ＣＰＵからなるデータ処理部などを備えており、前記プログラムには制御部２から検査装置の各部に制御信号を送り、後述の検査方法を進行させるように命令（各ステップ）が組み込まれている。また、例えばメモリにはウェハＷに照射する電子線の加速電圧、検査時の圧力、温度などの検査パラメータの値が書き込まれる領域を備えており、ＣＰＵがプログラムの各命令を実行する際これらの検査パラメータが読み出され、そのパラメータ値に応じた制御信号がこの検査装置の各部位に送られることになる。このプログラム（処理パラメータの入力操作や表示に関するプログラムも含む）は、コンピュータ記憶媒体例えばフレキシブルディスク、コンパクトディスク、ハードディスク、ＭＯ（光磁気ディスク）などの記憶部８に格納されて制御部２にインストールされる。

次に、上述した検査装置を用いた検査方法について説明する。先ず、この検査方法が適用される被検査体であるウェハＷについて説明する。このウェハＷは、例えば図３（ａ）に示すように、シリコン層１１、被エッチング対象膜である絶縁膜１２、ハードマスクであるカーボンを含むカーボン膜１３、露光時の反射を防止するための下層膜である反射防止膜１４及びマスク層であるレジストパターン１５が下側からこの順番で積層された構成となっている。反射防止膜１４はレジストパターン１５よりも炭素の含有量が多く、またこの例では被エッチング膜である絶縁膜１２に対してエッチング選択比を大きくとるために、無機成分であるシリコンが微量に混入されている。
レジストパターン１５には、例えばライン状の開口部１６からなるパターンが露光及び現像により形成されており、この開口部１６内には、同図（ｂ）にも示すように、レジストパターン１５の残渣１７が付着している。この残渣１７は、現像時に付着したものである。

初めに、このウェハＷが複数枚収納されたキャリア２００を搬入出ポート２４に取り付けて、図示しないシャッターを開放する。そして、搬送アーム機構２７により１枚のウェハＷをキャリア２００内から取り出し、大気雰囲気のロードロックモジュール２２の載置台７１にこのウェハＷを載置する。次いで、ロードロックモジュール２２内の雰囲気を大気雰囲気から真空雰囲気に切り替えた後、搬送アーム機構５０によりウェハＷを検査モジュール３０内に搬送し、載置台３２に載置する。

しかる後、このウェハＷを静電吸着すると共に、所定の温度となるように温度を調整し、また真空容器３１内を所定の真空度に設定する。また、ウェハＷに供給される電子線の加速電圧が５ｋｅＶ以上となるように、既述の電源３５、６１の電圧をそれぞれ−１０ｋＶ、−１２ｋＶに調整する。また、既述のように、逆バイアス電極８１の負電圧電源８２に負電圧例えば−１１ｋＶを印加すると共に、反射電子を電子検出手段６９に引き込むために、電源８０に正の電圧例えば１０ｋＶを印加する。

そして、電子線をウェハＷに照射すると、図４（ａ）に示すように、ウェハＷから反射電子と２次電子とが放出される。逆バイアス電極８１には−１１ｋＶの逆バイアス電圧が印加され、ウェハＷには−１０ｋＶの電圧が印加されているので、ウェハＷから逆バイアス電極８１に向かう電子の中でエネルギーが１０００ｅＶ以下のものは逆バイアス電極８１で囲まれる領域を通過し、１０００ｅＶよりもエネルギーの低い電子はウェハＷ側に押し戻される。従って、図５に示すように、２次電子がウェハＷ側に押し戻されるが、反射電子は、電子検出手段６９に引き寄せされて到達し、ウェハＷの表層の組成に対応する情報が電子検出手段６９に伝達されることとなる。
その後、載置台３２によりウェハＷを水平方向に移動させて、同様にウエハＷの表面を順次スキャンしていく。これによって、図示しないデータ処理部により、ウェハＷ上の各位置における反射電子の輝度のマップを作成し、各輝度と予め設定したしきい値とを比較して、残渣１７の有無を判定する。そして、ウェハＷは、検査モジュール３０に搬入された順序と逆の順序で搬出される。

上述の実施の形態によれば、レジストパターン１５と反射防止膜１４とが上側からこの順番で積層された基板に対して電子線を照射することによって、開口部１６内に付着した残渣１７を検出するにあたり、ウェハＷの内部から放出される２次電子をウェハＷ側に押し戻し、一方ウェハＷの表層から放出される反射電子を検出するようにしている。そのために、図４（ｂ）に示すように、２次電子に特有のエッジ効果がなくなり、レジストパターン１５の開口幅が狭い領域においても鮮明な画像が得られるので、精度高く残渣１７の有無を検出できる。また、ウェハＷの表層において反射される反射電子を用いることにより、ウェハＷの表層の情報を得ることができるので、薄い残渣１７であっても精度高く検出することができる。更に、２次電子の場合には、加速電圧を変えると電子線の到達深さが変わるので、得られる情報の深さ位置が変わってしまい、従ってウェハＷの表層を観察できる電子線の加速電圧の設定範囲が狭く、加速電圧の調整が困難である。一方、ウェハＷの表層で反射する反射電子を利用することによって、加速電圧を変えてもウェハＷの表層からの情報を取得することができるので、加速電圧の調整幅が広くなり、従って加速電圧の調整が容易になる。

また、上記のように、反射防止膜１４が微量のシリコンを含んでいても、レジストパターン１５と反射防止膜１４とが有機物からなるため組成が近く、２次電子によっては残渣１７を判別できる程度に輝度差が得られないが、僅かな組成の差であっても判別可能な反射電子を用いているので、図４（ｃ）に示すように、残渣１７と反射防止膜１４との間の輝度差が大きくなり、この点からも残渣１７を精度高く検出することができる。また、反射防止膜１４に含まれる化合物としては、シリコンに限られず、例えばＳｉＯ（酸化シリコン）、ＳｉＯＣＨ（炭素及び水素含有のシリコン酸化物）などの酸素及びシリコンを含む化合物であっても良く、またこれらの化合物の複数であっても良い。

尚、残渣１７と反射防止膜１４との組成が全く違う場合であっても、残渣１７が極めて薄い場合には、２次電子ではその残渣１７の検出が困難となる。しかし、反射電子では、そのような場合であっても、残渣１７の有無を精度高く検出できる。従って、本発明では、残渣１７と反射防止膜１４との組成が近い場合のみならず、例えば上記の反射防止膜１４が金属膜や無機物からなる膜などであっても良い。また、上記のレジストパターン１５としては、有機物に限られず、無機物であっても良い。更にまた、本発明の検査方法は、パターンを形成するときに現像装置において用いられるレチクルに対して適用しても良い。

本発明の実施の形態にかかる検査装置を示す横断面図である。 本発明の実施の形態におけるＳＥＭ式の検査モジュールの一例を示す縦断側面図である。 本発明の検査方法に適用される被検査体の一例を示す縦断面図である。 上記の検査モジュールにおいて基板表面が観察される様子を示す模式図である。 上記の検査モジュールにおいて反射電子が検出される様子を示す模式図である。 従来の検査装置の一例を示す縦断面図である。 ２次電子と反射電子とのエネルギーについての説明図である。 上記従来の検査装置において検査される被検査体の一例を示す縦断面図である。 上記従来の検査装置において被検査体が検査される様子を示す模式図である。

符号の説明

１４ 反射防止膜
１５ レジストパターン
１６ 溝
１７ 有機物
３０ 検査モジュール
３１ 真空容器
３２ 載置台
３５ 電源
６０ 電子放出部
６９ 電子検出手段
８１ 逆バイアス電極
８２ 負電圧電源

Claims (9)

1. パターンが形成されたマスク層と、下層膜と、が上側からこの順番で積層された被検査体に対して電子線を照射することにより、当該パターン上の残渣の有無を検査する検査装置において、
   被検査体を載置する載置台がその内部に設けられた真空容器と、
   この真空容器内を真空排気するための真空排気手段と、
   前記載置台上の被検査体に対して電子線を照射するための電子放出部と、
   前記被検査体から放出される反射電子を検出するための電子検出手段と、
   前記電子検出手段と前記被検査体との間に設けられ、前記被検査体から放出される２次電子を前記被検査体側に押し戻すために、負電圧である逆バイアス電圧が印加される逆バイアス電極と、を備えたことを特徴とする検査装置。
2. 前記マスク層は、レジスト層であることを特徴とする請求項１に記載の検査装置。
3. 前記下層膜は、有機成分を主成分とする反射防止膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
4. 前記反射防止膜は、シリコンと酸素及びシリコンを含む化合物との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項３に記載の検査装置。
5. パターンが形成されたマスク層と、下層膜と、が上側からこの順番で積層された被検査体に対して電子線を照射することにより、当該パターン上の残渣の有無を検査する検査方法において、
   被検査体を真空容器内の載置台に載置して、前記真空容器内を真空排気する工程と、
   前記被検査体に電子線を照射する工程と、
   前記被検査体から放出される２次電子を前記被検査体側に押し戻すために、前記被検査体と前記被検査体から放出される反射電子を検出するための電子検出手段との間に負電圧である逆バイアス電圧を印加する工程と、
   次いで、前記被検査体から放出される反射電子を検出する工程と、を含むことを特徴とする検査方法。
6. 前記マスク層は、レジスト層であることを特徴とする請求項５に記載の検査方法。
7. 前記下層膜は、有機成分を主成分とする反射防止膜であることを特徴とする請求項５または６に記載の検査方法。
8. 前記反射防止膜は、シリコンと酸素及びシリコンを含む化合物との少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項７に記載の検査方法。
9. コンピュータ上で動作するプログラムを格納する記憶媒体であって、
   前記プログラムは、請求項５ないし８のいずれか一つに記載された検査方法を実行するようにステップ群が組まれていることを特徴とする記憶媒体。

Images