JP2001236919A - Electron beam equipment and device fabrication method by means of the same - Google Patents

Electron beam equipment and device fabrication method by means of the same

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JP2001236919A
JP2001236919A JP2000047352A JP2000047352A JP2001236919A JP 2001236919 A JP2001236919 A JP 2001236919A JP 2000047352 A JP2000047352 A JP 2000047352A JP 2000047352 A JP2000047352 A JP 2000047352A JP 2001236919 A JP2001236919 A JP 2001236919A
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JP
Japan
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electron beam
sample
electrode
electron
objective lens
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JP2000047352A
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Japanese (ja)
Inventor
Mamoru Nakasuji
護 中筋
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve S/N ratio, obtain good signals even when high-speed scanning is made, improve throughput and reduce scanning distortion of the electron beam in the electron beam equipment used for inspection of semiconductor devices or the like. SOLUTION: There are an electron gun 100 to emit the electron beam, a condenser lens 103 to give a crossover to the electron beam emitted from the electron gun 100, and an objective lens 7 to focus the electron beam on surface of a specimen, and the latter two are provided between the electron gun and a specimen 10. Each lens consists of an electrostatic lens having the first and second electrodes provided at the sides of electron gun and specimen, respectively. This equipment is also equipped with an electric-potential supplying means 110 that gives positive electric potentials to the first electrode of the condenser lens and the second electrode of the objective lens, and a detecting means 8, 15 that are located at the electron-gun side of the objective lens to detect reflected or secondary electrons from the specimen and generate a detection signal.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一般的にはデバイ
スの欠陥検査やクリティカル・ディメンション(CD)
の測定等を行うための電子線装置に関し、特に、半導体
デバイスにおける最小線幅0.1μm以下のパターンの
検査・測定を、高精度かつ高スループットで行うための
電子線装置に関する。さらに、本発明は、そのような電
子線装置を用いてデバイス製造プロセスのチェックを行
うデバイス製造方法に関する。
The present invention generally relates to device defect inspection and critical dimension (CD).
More particularly, the present invention relates to an electron beam apparatus for performing inspection and measurement of a pattern having a minimum line width of 0.1 μm or less in a semiconductor device with high accuracy and high throughput. Further, the present invention relates to a device manufacturing method for checking a device manufacturing process using such an electron beam apparatus.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、マルチビームを用いて試料の欠陥
検査等を行う電子線装置が提案されている。このような
電子線装置は、日本国特許出願公開公報(特開)平4−
361544号、特開平5−82607号、特開平5−
251315号、特開平5−251316号、特開平9
−304305号、特開平9−311112号、特開平
10−134757号に掲載されている。また、John B
ickley、大和田敦之著「KLA−2710による微小欠
陥の観察」(月刊Semiconductor Worldの1993年6
月号、第46〜52頁)には、サンプルの下側に配置さ
れた電磁レンズ(Snorkel Lens)と、引き出し電極(Ex
traction Electrode)と、ウィーンフィルタ(Wien Fil
ter)とを用いて、2次電子を効率よく検出器に導く電
子線装置が掲載されている。
2. Description of the Related Art Conventionally, there has been proposed an electron beam apparatus for performing a defect inspection or the like of a sample using a multi-beam. Such an electron beam apparatus is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open Publication No.
JP-A-361544, JP-A-5-82607, JP-A-5-82607
251315, JP-A-5-251316, JP-A-9
-304305, JP-A-9-311112 and JP-A-10-134575. Also John B
ickley, Atsuyuki Owada, "Microscopic Observation by KLA-2710" (Semiconductor World Monthly, June 1993)
The month issue, pp. 46-52) includes an electromagnetic lens (Snorkel Lens) disposed below the sample and an extraction electrode (Ex).
traction Electrode) and Wien Fil
ter) and an electron beam apparatus for efficiently guiding secondary electrons to a detector.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
4−361544号等によれば、主に反射電子を検出し
ているので、1次ビームを細くしても該1次ビームが試
料内部に深く入り込んで広がるために比較的広い領域の
情報が混同してしまい、検出の分解能をあまり上げられ
ないという問題があった。
However, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-361544 and the like, mainly reflected electrons are detected, so that even if the primary beam is made thin, the primary beam is deep inside the sample. There is a problem that information of a relatively large area is confused because the information enters and spreads, and the resolution of detection cannot be increased much.

【0004】また、特開平5−251316号によれ
ば、検出器がレンズの下に設けられているため、減速電
界条件で使用すると、光軸近くで発生した2次電子はほ
とんどレンズ穴を通過してしまい検出されないという問
題があった。
According to Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-251316, since the detector is provided below the lens, when used under deceleration electric field conditions, secondary electrons generated near the optical axis almost pass through the lens hole. There was a problem that it was not detected.

【0005】さらに、特開平9−311112号等によ
れば、対物レンズと試料との間に非軸対称の電界をかけ
るので、この部分でビームを細く絞る必要があり、ま
た、走査歪が大きくなるという問題があった。
Further, according to Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-311112, a non-axially symmetric electric field is applied between the objective lens and the sample, so that it is necessary to narrow the beam narrowly in this portion, and the scanning distortion is large. There was a problem of becoming.

【0006】また、上記の「KLA−2710による微
小欠陥の観察」に記載されている電磁レンズ等を用いる
方法によれば、磁場を用いるために外形寸法が大きくな
ってしまう。従って、半導体ウエハ等の一定の領域内に
おいて多くの電子ビームを発生できないので、高スルー
プットで検査等を行えないという問題があった。
Further, according to the method using an electromagnetic lens or the like described in the above-mentioned "observation of minute defects by KLA-2710", the external dimensions become large because a magnetic field is used. Therefore, since a large number of electron beams cannot be generated in a certain area such as a semiconductor wafer, there is a problem that inspection or the like cannot be performed at a high throughput.

【0007】そこで、上記の点に鑑み、本発明の第1の
目的は、2次電子を効率良く集束させることによりS/
N比を向上させ、高速で走査しても良好な信号を得るこ
とのできる電子線装置を提供することである。また、本
発明の第2の目的は、デバイス検査等におけるスループ
ットを向上させ、かつ、電子ビームの走査歪を小さくし
た電子線装置を提供することである。さらに、本発明の
第3の目的は、そのような電子線装置を用いてデバイス
製造プロセスのチェックを行うデバイス製造方法を提供
することである。
[0007] In view of the above, a first object of the present invention is to improve the S / S ratio by focusing secondary electrons efficiently.
An object of the present invention is to provide an electron beam apparatus capable of improving an N ratio and obtaining a good signal even when scanning at high speed. Further, a second object of the present invention is to provide an electron beam apparatus which improves the throughput in device inspection and the like and reduces the scanning distortion of an electron beam. Further, a third object of the present invention is to provide a device manufacturing method for checking a device manufacturing process using such an electron beam apparatus.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、本発明の第1の観点による電子線装置は、電子ビー
ムを試料に入射させ、入射点からの反射電子又は2次電
子を検出するための電子線装置であって、電子ビームを
放出する電子銃と、電子銃と試料との間に設けられたコ
ンデンサレンズ及び対物レンズであって、各々が電子銃
側に設けられた第1の電極と試料側に設けられた第2の
電極とを有する静電レンズによって構成され、電子銃か
ら放出される電子ビームにクロスオーバを形成するため
のコンデンサレンズ及び電子ビームを試料の表面に集束
させるための対物レンズと、コンデンサレンズの第1の
電極と対物レンズの第2の電極に正の電位を与える電位
供給手段と、対物レンズよりも電子銃側に設けられ、試
料からの反射電子又は2次電子を検出して検出信号を発
生する検出手段とを具備する。上記構成によれば、対物
レンズよりも電子銃側に設けられた検出手段によって試
料からの反射電子又は2次電子を検出するので、2次電
子を効率良く集束させることによりS/N比を向上でき
る。従って、高速で走査しても良好な信号を得ることが
できる。
In order to solve the above problems, an electron beam apparatus according to a first aspect of the present invention makes an electron beam incident on a sample and detects reflected electrons or secondary electrons from the incident point. An electron gun for emitting an electron beam, a condenser lens and an objective lens provided between the electron gun and the sample, and a first lens provided on the electron gun side. And a condenser lens for forming a crossover with the electron beam emitted from the electron gun, and the electron beam is focused on the surface of the sample. An objective lens, a potential supply means for applying a positive potential to the first electrode of the condenser lens and the second electrode of the objective lens, and an electron gun provided closer to the electron gun than the objective lens, and configured to reflect reflected electrons from the sample. It is provided with a detecting means for generating a detection signal by detecting the secondary electrons. According to the above configuration, the detection means provided closer to the electron gun than the objective lens detects reflected electrons or secondary electrons from the sample, so that the S / N ratio is improved by efficiently focusing the secondary electrons. it can. Therefore, a good signal can be obtained even when scanning at high speed.

【0009】また、電子線装置は、コンデンサレンズで
集束された電子ビームを偏向させて試料の表面上を走査
させるための少なくとも1つの偏向器と、試料に向かう
電子ビームを入射軸に沿って通過させ、試料からの反射
電子又は2次電子を入射軸から離して検出手段に誘導す
る電磁フィルタとをさらに具備しても良い。
The electron beam apparatus further comprises at least one deflector for deflecting the electron beam focused by the condenser lens to scan on the surface of the sample, and passing the electron beam toward the sample along the incident axis. And an electromagnetic filter for guiding reflected electrons or secondary electrons from the sample to the detection means away from the incident axis.

【0010】さらに、電子線装置は、試料を接地するこ
とができる試料台をさらに具備し、電位供給手段が、コ
ンデンサレンズの第2の電極よりも第1の電極に高い電
位を与え、対物レンズの第1の電極よりも第2の電極に
高い電位を与えるように構成しても良い。上記構成によ
れば、コンデンサレンズと対物レンズとの間では電子ビ
ームのエネルギーを小さくすることができるので、この
間に設けた偏向器や電磁フィルタは、低電圧・小磁界で
電子ビームを制御できるようになる。
Further, the electron beam apparatus further comprises a sample stage capable of grounding the sample, wherein the potential supply means applies a higher potential to the first electrode than to the second electrode of the condenser lens, A configuration may be such that a higher potential is applied to the second electrode than to the first electrode. According to the above configuration, since the energy of the electron beam can be reduced between the condenser lens and the objective lens, the deflector and the electromagnetic filter provided therebetween can control the electron beam with a low voltage and a small magnetic field. become.

【0011】本発明の第2の観点による電子線装置は、
複数の電子ビームを試料に入射させ、入射点からの反射
電子又は2次電子を検出するための電子線装置であっ
て、電子ビームを放出する電子銃と、電子銃と試料との
間に設けられたコンデンサレンズ及び対物レンズであっ
て、各々が電子銃側に設けられた第1の電極と試料側に
設けられた第2の電極とを有する静電レンズによって構
成され、電子銃から放出される電子ビームにクロスオー
バを形成するためのコンデンサレンズ及び電子ビームを
試料の表面に集束させるための対物レンズと、コンデン
サレンズで集束された電子ビームを偏向させて試料の表
面上を走査させるための少なくとも1つの偏向器とを含
む電子線装置のブロックが、直交する2つの方向にそれ
ぞれ間隔X1及び間隔Y1で複数配置され、電子線装置
の各ブロックにおいて、少なくとも1つの偏向器が、直
交する2つの方向にそれぞれ距離X2及び距離Y2の範
囲で試料の表面上において電子ビームを走査させること
が可能であり、試料を検査するために、直交する2つの
方向にそれぞれ少なくとも距離(X1−X2)及び距離
(Y1−Y2)の範囲で移動できる試料台と、コンデン
サレンズの第1の電極と対物レンズの第2の電極に正の
電位を与える電位供給手段と、試料からの反射電子又は
2次電子を検出して検出信号を発生する検出手段とをさ
らに具備する。上記構成によれば、同時に複数の電子ビ
ームを用いてデバイス検査等を行うことができるので、
デバイス検査等におけるスループットを向上させ、か
つ、電子ビームの走査歪を小さくすることができる。
An electron beam apparatus according to a second aspect of the present invention comprises:
An electron beam apparatus for causing a plurality of electron beams to be incident on a sample and detecting reflected electrons or secondary electrons from an incident point, and provided between an electron gun for emitting an electron beam and the electron gun and the sample. A condenser lens and an objective lens, each comprising an electrostatic lens having a first electrode provided on the electron gun side and a second electrode provided on the sample side, and emitted from the electron gun. A condenser lens for forming a crossover in the electron beam, an objective lens for focusing the electron beam on the surface of the sample, and a condenser lens for deflecting the electron beam focused by the condenser lens to scan the surface of the sample. A plurality of blocks of the electron beam apparatus including at least one deflector are arranged at two intervals X1 and Y1 in two orthogonal directions, respectively. , At least one deflector is capable of scanning the electron beam over the surface of the sample in two orthogonal directions at a distance X2 and a distance Y2, respectively. A sample stage movable in the directions of at least the distance (X1-X2) and the distance (Y1-Y2), and potential supply means for applying a positive potential to the first electrode of the condenser lens and the second electrode of the objective lens And detecting means for detecting reflected electrons or secondary electrons from the sample to generate a detection signal. According to the above configuration, device inspection or the like can be performed using a plurality of electron beams at the same time.
Throughput in device inspection and the like can be improved, and scanning distortion of an electron beam can be reduced.

【0012】以上において、電子線装置が、対物レンズ
と試料台との間に設けられた軸対称形状の電極をさらに
具備し、電位供給手段が、対物レンズの第2の電極より
も低い電位を電極に与えるように構成しても良い。上記
構成によれば、電子線装置が複数のブロックを有してい
ても、試料からの反射電子が隣のブロックの検出器に入
らないようにすることができる。
In the above, the electron beam apparatus further includes an axially symmetric electrode provided between the objective lens and the sample stage, and the potential supply means supplies a lower potential than the second electrode of the objective lens. You may comprise so that it may give to an electrode. According to the above configuration, even if the electron beam device has a plurality of blocks, it is possible to prevent reflected electrons from the sample from entering the detectors of the adjacent blocks.

【0013】また、本発明に係るデバイス製造方法は、
上記のような電子線装置を用いて、試料中に形成される
デバイスからの反射電子又は2次電子を検出することに
より、試料表面の観察・測定を行うことを可能にし、デ
バイスの製造プロセスにおける状況を検査する工程を具
備する。
Further, the device manufacturing method according to the present invention comprises:
By using the electron beam apparatus as described above, by detecting reflected electrons or secondary electrons from the device formed in the sample, it is possible to observe and measure the surface of the sample, and in the manufacturing process of the device. It includes a step of checking the situation.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、図面に基いて本発明の実施
の形態について説明する。図1に、本発明の一実施形態
に係る電子線装置における1本の電子ビームを照射する
ための1つのブロックとその周辺部を示す。本実施形態
に係る電子線装置は複数のブロックを有しており、同時
に複数の電子ビームを照射することができるが、図1に
おいては1つのブロックのみを示している。この部分
は、長手方向の軸に関して対称な形状(例えば円筒形
状)の鏡筒(図示せず)によって囲まれている。そし
て、そのような鏡筒が複数集合して、真空チャンバ内に
設置される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows one block for irradiating one electron beam in an electron beam apparatus according to one embodiment of the present invention and a peripheral portion thereof. The electron beam apparatus according to the present embodiment has a plurality of blocks, and can irradiate a plurality of electron beams at the same time. However, FIG. 1 shows only one block. This portion is surrounded by a lens barrel (not shown) having a shape (for example, a cylindrical shape) symmetrical with respect to the longitudinal axis. Then, a plurality of such lens barrels are assembled and installed in a vacuum chamber.

【0015】熱電界放出電子銃100は、カソード電極
101とアノード電極102とを含み、下方に向けて電
子線を放出する。電子銃100の下方には、コンデンサ
レンズ103と、静電偏向器1と、ウィーンフィルタ6
と、静電偏向器2と、対物レンズ7とが設けられてい
る。コンデンサレンズ103によって電子ビームのクロ
スオーバを形成し、対物レンズ7によってこの電子ビー
ムを試料10上に結像させる。試料10は、駆動手段1
20によってX軸方向及びY軸方向に移動可能な試料台
130の上に載せられている。コンデンサレンズ103
やその他の部分に所定の電位を供給するため、電位供給
手段110が設けられている。
The thermal field emission electron gun 100 includes a cathode electrode 101 and an anode electrode 102 and emits an electron beam downward. Below the electron gun 100, a condenser lens 103, an electrostatic deflector 1, and a Wien filter 6
, An electrostatic deflector 2 and an objective lens 7 are provided. A crossover of the electron beam is formed by the condenser lens 103, and the electron beam is imaged on the sample 10 by the objective lens 7. The sample 10 is a driving unit 1
20 is placed on a sample stage 130 movable in the X-axis direction and the Y-axis direction. Condenser lens 103
A potential supply means 110 is provided to supply a predetermined potential to and other parts.

【0016】電子ビームが試料に入射することにより発
生する2次電子11は、対物レンズ7及び静電偏向器2
を通過して、ウィーンフィルタ6によって検出器8の方
向に向けられる。検出器8は、2次電子を集束させるた
めの2次電子集束電極12と、この2次電子集束電極1
2内に設けられ、入射する2次電子を光に変換するシン
チレータ13とで構成されている。シンチレータ13
は、ホトガイド14(光ファイバ等)を接続する必要が
あるので、小寸法のものを用いている。検出器8から出
力される光は、ホトガイド14を通って真空チャンバ外
に導かれ、ホトマル15によって電気信号に変換され
る。
The secondary electrons 11 generated by the incidence of the electron beam on the sample are transmitted to the objective lens 7 and the electrostatic deflector 2.
And is directed by the Wien filter 6 in the direction of the detector 8. The detector 8 includes a secondary electron focusing electrode 12 for focusing secondary electrons, and the secondary electron focusing electrode 1.
2 and a scintillator 13 for converting incident secondary electrons into light. Scintillator 13
Since it is necessary to connect a photo guide 14 (optical fiber or the like), a small-sized one is used. The light output from the detector 8 is guided to the outside of the vacuum chamber through the photoguide 14 and is converted into an electric signal by the photomultiplier 15.

【0017】次に、図1に示す電子線装置の構造及び動
作について詳しく説明する。図1において、熱電界放出
電子銃100のカソード電極101には−500Vの電
圧を印加し、アノード電極102には20kVの電圧を
印加する。これにより、カソード電極101から電子を
引き出す。コンデンサレンズ103の上側電極104に
は20kVの電圧を印加し、下側電極105には5kV
の電圧を印加する。これにより、電子ビームのクロスオ
ーバを形成する。
Next, the structure and operation of the electron beam apparatus shown in FIG. 1 will be described in detail. In FIG. 1, a voltage of −500 V is applied to the cathode electrode 101 of the thermal field emission electron gun 100, and a voltage of 20 kV is applied to the anode electrode 102. Thus, electrons are extracted from the cathode electrode 101. A voltage of 20 kV is applied to the upper electrode 104 of the condenser lens 103, and 5 kV is applied to the lower electrode 105.
Is applied. Thereby, a crossover of the electron beam is formed.

【0018】静電偏向器1と2の各々は、8個の電極に
よって構成され、コンデンサレンズ103を通過した電
子ビームを偏向させて試料面上を走査させる。なお、静
電偏向器を1つにまとめることもできる。その場合に
は、対物レンズ7から上方に焦点距離程度離れた位置に
偏向主点が位置するようにして、試料面に電子ビームを
垂直入射するようにする。
Each of the electrostatic deflectors 1 and 2 is composed of eight electrodes, and deflects the electron beam passing through the condenser lens 103 to scan on the sample surface. Note that the electrostatic deflectors can be integrated into one. In this case, the electron beam is vertically incident on the sample surface such that the principal deflection point is located at a position above the objective lens 7 by a focal distance.

【0019】対物レンズ7はバイポテンシャル型の静電
レンズであり、上側電極4に5kVの電圧を印加し、下
側電極5に20kVの電圧を印加して、上側電極を下側
電極よりも低いポテンシャルとした。従って、電子ビー
ムが対物レンズ7を通過するときに約20keVの高い
エネルギーを持っているため回折が少ない。また、レン
ズを通過するとき電子ビームの直径が小さく、即ち、開
口角が小さい。一方、対物レンズ7を通過した後、試料
に入射する時は0.5〜1keVの低いエネルギーとな
るため、試料面に入射するときの開口角が大きくなる。
従って、球面収差及び色収差も小さい。その結果、1次
電子ビームを、大きい電流値のまま小さく絞ることがで
きる。
The objective lens 7 is a bi-potential type electrostatic lens. A voltage of 5 kV is applied to the upper electrode 4 and a voltage of 20 kV is applied to the lower electrode 5 so that the upper electrode is lower than the lower electrode. Potential. Therefore, when the electron beam has a high energy of about 20 keV when passing through the objective lens 7, diffraction is small. Further, the diameter of the electron beam when passing through the lens is small, that is, the aperture angle is small. On the other hand, after passing through the objective lens 7, when the light enters the sample, the energy is as low as 0.5 to 1 keV, so that the aperture angle when entering the sample surface becomes large.
Therefore, spherical aberration and chromatic aberration are also small. As a result, the primary electron beam can be narrowed down with a large current value.

【0020】なお、対物レンズとしては、これ以外に、
ユニポテンシャルレンズを使用しても良い。その場合に
は、中央電極を低ポテンシャルとし、試料側を高ポテン
シャルとすれば、バイポテンシャルレンズと同様の効果
が得られる。
In addition, as an objective lens,
A unipotential lens may be used. In this case, if the central electrode is set to a low potential and the sample side is set to a high potential, the same effect as the bipotential lens can be obtained.

【0021】図1において、走査の際の1次電子ビーム
の主光線の軌道を参照番号3で示すが、対物レンズ7の
中心を通るように電子ビームを偏向している。また、対
物レンズ7から下は軸対称であるため、偏向歪や偏向収
差が小さく、走査の際の電子ビームのぼけや走査歪の発
生は小さい。また、ウィーンフィルタ6を偏向器2より
も電子銃側に設けたので、偏向器2を対物レンズ7の近
くに置けるため、この位置における走査ビームの軸から
の外れが少なく、偏向収差を小さくできる。
In FIG. 1, the trajectory of the principal ray of the primary electron beam at the time of scanning is indicated by reference numeral 3. The electron beam is deflected so as to pass through the center of the objective lens 7. Further, since the portion below the objective lens 7 is axially symmetric, deflection distortion and deflection aberration are small, and blurring of the electron beam and scanning distortion during scanning are small. Further, since the Wien filter 6 is provided closer to the electron gun than the deflector 2, the deflector 2 can be placed near the objective lens 7, so that the scanning beam at this position is less deviated from the axis and the deflection aberration can be reduced. .

【0022】また、2次電子の軌道を参照番号11で示
す。光軸と大きい角度で試料から放出された2次電子
も、仕切り9と対物レンズ7の作るポテンシャルによっ
て光軸方向に集められる。一方、試料10から反射され
る電子ビームは電界の影響をあまり受けずに直進するの
で、対物レンズ7の穴径を小さくして試料から見た立体
角を小さくすることにより、検出器8に混入する反射電
子を減らすことができる。
The orbit of the secondary electrons is indicated by reference numeral 11. Secondary electrons emitted from the sample at a large angle with respect to the optical axis are also collected in the optical axis direction by the potential created by the partition 9 and the objective lens 7. On the other hand, since the electron beam reflected from the sample 10 travels straight without being affected by the electric field, it is mixed into the detector 8 by reducing the hole diameter of the objective lens 7 and the solid angle viewed from the sample. Reflected electrons can be reduced.

【0023】仕切り9は、反射電子が入射しても2次電
子の発生が少ないように、アルミニウムやカーボン等の
低原子番号の材料で作成する。仕切り9に−20V程度
の電圧を与えることにより、試料10から発生する2次
電子11を光軸方向に向かせる。一方、反射電子は吸収
して検出器8の方向へ行かないようにする。
The partition 9 is made of a material having a low atomic number, such as aluminum or carbon, so that secondary electrons are less generated even when reflected electrons are incident. By applying a voltage of about −20 V to the partition 9, secondary electrons 11 generated from the sample 10 are directed in the optical axis direction. On the other hand, the reflected electrons are absorbed so as not to go to the detector 8.

【0024】ウィーンフィルタ6は、上方から見ると互
いに直交する電界Eと磁界Bを発生することにより、電
子銃100から資料10へ向かう電子ビーム3を直進さ
せ、資料10から上方へ向かう2次電子11の軌道を曲
げて検出器8の方向に向ける。本実施形態においては、
磁界Bを発生する手段として、装置を小型化するために
永久磁石を用いている。
The Wien filter 6 generates an electric field E and a magnetic field B which are orthogonal to each other when viewed from above, thereby causing the electron beam 3 traveling from the electron gun 100 to the specimen 10 to go straight, and secondary electrons traveling upward from the specimen 10. The track 11 is bent and directed toward the detector 8. In the present embodiment,
As a means for generating the magnetic field B, a permanent magnet is used to reduce the size of the device.

【0025】コンデンサレンズ103の下側電極105
及び対物レンズ7の上側電極4の電位を5kVとしたの
で、ウィーンフィルタ6が設けられている位置における
2次電子のエネルギーは約5keVと低く、比較的弱い
電界と磁界により2次電子の軌道を曲げることができ
る。2次電子は大きい径のビーム束になっているので、
検出器8の2次電子集束電極12のポテンシャルを、対
物レンズ7の下側電極と同じ20kVとした。
The lower electrode 105 of the condenser lens 103
Since the potential of the upper electrode 4 of the objective lens 7 is 5 kV, the energy of the secondary electrons at the position where the Wien filter 6 is provided is as low as about 5 keV, and the trajectory of the secondary electrons is reduced by a relatively weak electric field and magnetic field. Can be bent. Since the secondary electrons are in a beam bundle with a large diameter,
The potential of the secondary electron focusing electrode 12 of the detector 8 was set to 20 kV, the same as the lower electrode of the objective lens 7.

【0026】図2に、被検査ウエハ上における電子線装
置の鏡筒の配置ピッチと走査寸法等の例を示す。ウエハ
20の直径は何種類か存在するが、ここでは200mm
φのウエハを用いる場合について説明する。1つの鏡筒
の外形寸法が30mmφ以下となるように設計すると、
32個のブロックを設けることにより、図2に示すよう
に32本の電子ビーム21を同時に照射することができ
る。
FIG. 2 shows an example of the arrangement pitch, scanning dimensions, and the like of the lens barrel of the electron beam apparatus on the wafer to be inspected. Although there are several types of diameters of the wafer 20, here, 200 mm
The case where a wafer of φ is used will be described. If one lens barrel is designed to have an outer dimension of 30 mmφ or less,
By providing 32 blocks, it is possible to simultaneously irradiate 32 electron beams 21 as shown in FIG.

【0027】ここで、1本の電子ビームの走査範囲を2
mm角とすると、試料台が移動しなければならないX方
向の距離X3は、ビームピッチX1と走査寸法X2とを
用いて求められる。 X3=X1−X2=30mm−2mm=28mm 同様に、試料台が移動しなければならないY方向の距離
Y3も、ビームピッチY1と走査寸法Y2とを用いて求
められる。 Y3=Y1−Y2=30mm−2mm=28mm 即ち、28mm角の移動範囲があれば、200mmφウ
エハの全面の検査を行うことができる。1回の移動距離
も2mmと小さく、高速で移動させる必要もないので、
200mmφウエハを収納できる大きさよりも少し大き
い真空チャンバを用いれば十分であり、電子線装置が必
要とする床面積を小さくできる。
Here, the scanning range of one electron beam is set to 2
Assuming a mm square, the distance X3 in the X direction that the sample stage has to move can be obtained using the beam pitch X1 and the scanning dimension X2. X3 = X1−X2 = 30 mm−2 mm = 28 mm Similarly, the distance Y3 in the Y direction that the sample stage has to move can be obtained using the beam pitch Y1 and the scanning dimension Y2. Y3 = Y1−Y2 = 30 mm−2 mm = 28 mm That is, if there is a movement range of 28 mm square, the entire surface of the 200 mmφ wafer can be inspected. Since the distance of one movement is as small as 2 mm, it is not necessary to move at high speed.
It is sufficient to use a vacuum chamber that is slightly larger than the size capable of accommodating the 200 mmφ wafer, and the floor area required by the electron beam apparatus can be reduced.

【0028】図3は、本発明に係る電子線装置を用いた
デバイス製造方法の例を示すフローチャートである。こ
こでは、シリコンウエハを用いて半導体装置を製造する
場合について説明する。まず、ウエハ製造工程S31に
おいて、半導体装置のシリコン基板となるシリコンウエ
ハが製造される。次に、ウエハプロセッシング工程S3
2において、LOCOS法等により、シリコン基板上に
素子分離膜を形成する。一方、マスク製造工程S33に
おいて、シリコン基板上に形成する電極や配線等のマス
ク(レチクル)を製造しておく。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of a device manufacturing method using the electron beam apparatus according to the present invention. Here, a case where a semiconductor device is manufactured using a silicon wafer will be described. First, in a wafer manufacturing step S31, a silicon wafer serving as a silicon substrate of a semiconductor device is manufactured. Next, a wafer processing step S3
In 2, a device isolation film is formed on a silicon substrate by a LOCOS method or the like. On the other hand, in a mask manufacturing step S33, a mask (reticle) such as an electrode or a wiring formed on the silicon substrate is manufactured.

【0029】次に、工程S34において、半導体素子を
形成する。ここでは、半導体素子としてMOSFETを
形成する場合について説明する。まず、シリコン基板を
熱酸化してシリコン基板の素子形成領域に酸化膜を形成
し、さらにCVD法によって不純物を含有する多結晶シ
リコンを形成する。次に、リソグラフィー技術によって
レジストを形成し、レジストが形成されていない素子形
成領域において酸化膜及び多結晶シリコンをエッチング
することにより、ゲート酸化膜及びゲート電極をパター
ニングする。次に、シリコン基板の所定の領域に不純物
イオンを注入することにより、ソース・ドレインとなる
不純物拡散領域をシリコン基板内に形成する。その後、
層間絶縁膜を形成し、層間絶縁膜にコンタクトホールを
形成し、導電膜をスパッタリングして、リソグラフィー
技術によってパターニングすることにより配線を形成す
る。必要な場合には、配線形成工程を繰り返すことによ
り、多層配線とすることができる。このようにして、半
導体装置の主要部が形成される。工程S34において電
極や配線等が形成された際には、線幅検査工程S35に
おいて、本発明に係る電子線装置を用いて線幅の検査を
行う。工程S34と工程S35は、必要な回数だけ繰り
返して行われる。
Next, in step S34, a semiconductor element is formed. Here, a case where a MOSFET is formed as a semiconductor element will be described. First, a silicon substrate is thermally oxidized to form an oxide film in an element formation region of the silicon substrate, and polycrystalline silicon containing impurities is formed by a CVD method. Next, a gate oxide film and a gate electrode are patterned by forming a resist by a lithography technique and etching the oxide film and the polycrystalline silicon in an element formation region where the resist is not formed. Next, impurity ions are implanted into predetermined regions of the silicon substrate to form impurity diffusion regions serving as source / drain in the silicon substrate. afterwards,
An interlayer insulating film is formed, a contact hole is formed in the interlayer insulating film, a conductive film is sputtered, and a wiring is formed by patterning by lithography. If necessary, a multilayer wiring can be obtained by repeating the wiring forming process. Thus, the main part of the semiconductor device is formed. When an electrode, a wiring, or the like is formed in step S34, a line width inspection is performed using the electron beam apparatus according to the present invention in a line width inspection step S35. Steps S34 and S35 are repeated as many times as necessary.

【0030】ここで、工程S34に含まれるリソグラフ
ィ工程、及び、線幅検査工程S35について、図4を参
照しながら詳しく説明する。まず、レジスト塗布工程S
34aにおいて、ウエハに含まれる1ロットの半導体装
置について、導電膜又はシリコン基板の上にレジストを
塗布する。次に、露光工程S34bにおいて、光又は荷
電粒子線露光装置を用いて露光することにより、マスク
(レチクル)上のパターンを塗布されたレジストに順次
転写する。次に、現像工程S34cにおいて、レジスト
上の露光されたパターンを現像する。次に、エッチング
工程S34dにおいて、現像されたレジストのパターン
をマスクとして、1ロットの半導体装置を含むウエハが
エッチングされ、マスク(レチクル)上のパターンがウ
エハ上に形成される。さらに、線幅検査工程S35にお
いて、このようにして形成された電極や配線の線幅を、
本発明に係る電子線装置を用いて検査する。ゲート電極
や多層配線の形成において、以上の工程を繰り返し行
う。
Here, the lithography step included in the step S34 and the line width inspection step S35 will be described in detail with reference to FIG. First, the resist coating step S
At 34a, for one lot of semiconductor devices included in the wafer, a resist is applied on the conductive film or the silicon substrate. Next, in an exposure step S34b, the pattern on the mask (reticle) is sequentially transferred to the applied resist by exposing using a light or charged particle beam exposure apparatus. Next, in a developing step S34c, the exposed pattern on the resist is developed. Next, in the etching step S34d, the wafer including the semiconductor device of one lot is etched using the developed resist pattern as a mask, and a pattern on the mask (reticle) is formed on the wafer. Further, in the line width inspection step S35, the line width of the electrode or wiring formed in this manner is
The inspection is performed using the electron beam apparatus according to the present invention. In forming a gate electrode and a multilayer wiring, the above steps are repeated.

【0031】[0031]

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、2次
電子を効率良く集束させることによりS/N比を向上さ
せ、高速で走査しても良好な信号を得ることができる。
また、電子ビームを照射し2次電子を検出するブロック
を複数設けることにより、デバイス検査等におけるスル
ープットを向上させ、かつ、電子ビームの走査歪を小さ
くする。これにより、デバイスを歩留り良く製造するこ
とができる。
As described above, according to the present invention, the S / N ratio can be improved by efficiently converging the secondary electrons, and a good signal can be obtained even when scanning at high speed.
Further, by providing a plurality of blocks for irradiating an electron beam and detecting secondary electrons, the throughput in device inspection and the like is improved, and the scanning distortion of the electron beam is reduced. Thereby, devices can be manufactured with good yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施形態に係る電子線装置における
1つのブロックとその周辺部を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing one block and its peripheral portion in an electron beam device according to one embodiment of the present invention.

【図2】被検査ウエハ上における電子線装置のビーム配
置ピッチや走査寸法等の例を示す図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a beam arrangement pitch, a scanning dimension, and the like of an electron beam apparatus on a wafer to be inspected.

【図3】本発明の電子線装置を用いたデバイス製造方法
の例を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart illustrating an example of a device manufacturing method using the electron beam apparatus according to the present invention.

【図4】図3に示すリソグラフィ工程と線幅検査工程に
ついて詳しく説明するためのフローチャートである。
FIG. 4 is a flowchart for explaining in detail a lithography process and a line width inspection process shown in FIG. 3;

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1、2 静電偏向器 3 1次電子ビーム 6 ウィーンフィルタ 7 対物レンズ 8 検出器 9 仕切り 10 試料 11 2次電子 12 2次電子集束電極 13 シンチレータ 14 ホトガイド 15 ホトマル 100 電子銃 103 コンデンサレンズ 110 電位供給手段 120 駆動手段 130 試料台 1, 2 Electrostatic deflector 3 Primary electron beam 6 Wien filter 7 Objective lens 8 Detector 9 Partition 10 Sample 11 Secondary electron 12 Secondary electron focusing electrode 13 Scintillator 14 Photoguide 15 Photomar 100 Electron gun 103 Condenser lens 110 Potential supply Means 120 Driving means 130 Sample stage

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子ビームを試料に入射させ、入射点か
らの反射電子又は2次電子を検出するための電子線装置
であって、 電子ビームを放出する電子銃と、 前記電子銃と前記試料との間に設けられたコンデンサレ
ンズ及び対物レンズであって、各々が前記電子銃側に設
けられた第1の電極と前記試料側に設けられた第2の電
極とを有する静電レンズによって構成され、前記電子銃
から放出される電子ビームにクロスオーバを形成するた
めの前記コンデンサレンズ及び電子ビームを前記試料の
表面に集束させるための前記対物レンズと、 前記コンデンサレンズの第1の電極と前記対物レンズの
第2の電極に正の電位を与える電位供給手段と、 前記対物レンズよりも前記電子銃側に設けられ、前記試
料からの反射電子又は2次電子を検出して検出信号を発
生する検出手段と、を具備することを特徴とする電子線
装置。
An electron beam apparatus for causing an electron beam to enter a sample and detecting reflected electrons or secondary electrons from an incident point, comprising: an electron gun for emitting an electron beam; the electron gun and the sample A condenser lens and an objective lens provided between the first and second electrodes, each comprising an electrostatic lens having a first electrode provided on the electron gun side and a second electrode provided on the sample side. And the condenser lens for forming a crossover in the electron beam emitted from the electron gun, the objective lens for focusing the electron beam on the surface of the sample, a first electrode of the condenser lens, A potential supply means for applying a positive potential to the second electrode of the objective lens; a potential supply means provided closer to the electron gun than the objective lens, for detecting reflected electrons or secondary electrons from the sample to detect Electron beam apparatus characterized by comprising detection means for generating a signal.
【請求項2】 前記コンデンサレンズで集束された電子
ビームを偏向させて前記試料の表面上を走査させるため
の少なくとも1つの偏向器と、 前記試料に向かう電子ビームを入射軸に沿って通過さ
せ、前記試料からの反射電子又は2次電子を入射軸から
離して前記検出手段に誘導する電磁フィルタと、をさら
に具備し、前記電磁フィルタを前記偏向器よりも前記電
子銃側に設けたことを特徴とする請求項1記載の電子線
装置。
2. An at least one deflector for deflecting the electron beam focused by the condenser lens to scan on the surface of the sample, and passing the electron beam toward the sample along an incident axis; An electromagnetic filter that guides reflected electrons or secondary electrons from the sample away from the incident axis to the detection unit, wherein the electromagnetic filter is provided closer to the electron gun than the deflector. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein
【請求項3】 前記試料を接地することができる試料台
をさらに具備し、前記電位供給手段が、前記コンデンサ
レンズの第2の電極よりも第1の電極に高い電位を与
え、前記対物レンズの第1の電極よりも第2の電極に高
い電位を与えることを特徴とする請求項1記載の電子線
装置。
3. The apparatus according to claim 2, further comprising a sample stage capable of grounding the sample, wherein the potential supply means applies a higher potential to a first electrode than to a second electrode of the condenser lens, and 2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein a higher potential is applied to the second electrode than to the first electrode.
【請求項4】 複数の電子ビームを試料に入射させ、入
射点からの反射電子又は2次電子を検出するための電子
線装置であって、 電子ビームを放出する電子銃と、 前記電子銃と前記試料との間に設けられたコンデンサレ
ンズ及び対物レンズであって、各々が前記電子銃側に設
けられた第1の電極と前記試料側に設けられた第2の電
極とを有する静電レンズによって構成され、前記電子銃
から放出される電子ビームにクロスオーバを形成するた
めの前記コンデンサレンズ及び電子ビームを前記試料の
表面に集束させるための前記対物レンズと、 前記コンデンサレンズで集束された電子ビームを偏向さ
せて前記試料の表面上を走査させるための少なくとも1
つの偏向器と、を含む電子線装置のブロックが、直交す
る2つの方向にそれぞれ間隔X1及び間隔Y1で複数配
置され、電子線装置の各ブロックにおいて、前記少なく
とも1つの偏向器が、直交する2つの方向にそれぞれ距
離X2及び距離Y2の範囲で前記試料の表面上において
電子ビームを走査させることが可能であり、 前記試料を検査するために、直交する2つの方向にそれ
ぞれ少なくとも距離(X1−X2)及び距離(Y1−Y
2)の範囲で移動できる試料台と、 前記コンデンサレンズの第1の電極と前記対物レンズの
第2の電極に正の電位を与える電位供給手段と、 前記試料からの反射電子又は2次電子を検出して検出信
号を発生する検出手段と、をさらに具備することを特徴
とする電子線装置。
4. An electron beam apparatus for causing a plurality of electron beams to be incident on a sample and detecting reflected electrons or secondary electrons from an incident point, comprising: an electron gun for emitting an electron beam; An electrostatic lens having a first electrode provided on the electron gun side and a second electrode provided on the sample side, each of which is a condenser lens and an objective lens provided between the sample and the sample. The condenser lens for forming a crossover to the electron beam emitted from the electron gun, the objective lens for focusing the electron beam on the surface of the sample, and the electron focused by the condenser lens. At least one for deflecting the beam to scan over the surface of the sample;
A plurality of blocks of the electron beam apparatus including two deflectors are arranged in two orthogonal directions at intervals X1 and Y1, respectively. In each block of the electron beam apparatus, the at least one deflector includes two orthogonal cross sections. An electron beam can be scanned over the surface of the sample in a range of a distance X2 and a distance Y2 in two directions, respectively. In order to inspect the sample, at least a distance (X1-X2) in two orthogonal directions is used. ) And distance (Y1-Y
A sample stage that can move in the range of 2); a potential supply unit that applies a positive potential to the first electrode of the condenser lens and the second electrode of the objective lens; and a reflected electron or a secondary electron from the sample. An electron beam apparatus, further comprising: detecting means for detecting and generating a detection signal.
【請求項5】 前記対物レンズと前記試料台との間に設
けられた軸対称形状の電極をさらに具備し、 前記電位供給手段が、前記対物レンズの第2の電極より
も低い電位を前記電極に与えることを特徴とする請求項
1又は4記載の電子線装置。
5. The apparatus according to claim 1, further comprising an axis-symmetric electrode provided between said objective lens and said sample stage, wherein said potential supply means applies a potential lower than a second electrode of said objective lens to said electrode. The electron beam apparatus according to claim 1 or 4, wherein the electron beam is supplied to the electron beam apparatus.
【請求項6】 請求項1〜5のいずれか1項記載の電子
線装置を用いて、前記試料中に形成されるデバイスから
の反射電子又は2次電子を検出することにより、前記デ
バイスの製造プロセスにおける状況を検査する工程を具
備することを特徴とするデバイス製造方法。
6. A method for manufacturing a device by detecting reflected electrons or secondary electrons from a device formed in the sample using the electron beam apparatus according to claim 1. A device manufacturing method, comprising a step of inspecting a situation in a process.
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