JP2002141009A - 電子線装置及びその電子線装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【発明の課題】マルチビームを放出可能なエミッタのみ
を多数のエミッタから選択して使用可能にすることによ
ってマルチエミッタを応用可能にした電子線装置を提供
する。 【解決手段】少なくとも二次元的に配置されたエミッタ
アレーから放出されるマルチビームを試料に照射し、試
料から放出される二次電子を検出して試料面の評価を行
う電子線装置１において、前記エミッタアレーの各エミ
ッタに対応する端子を接続して前記端子を介して各エミ
ッタ１１２に電圧を選択的に印加可能にし、マルチビー
ムとしての性能を満たすエミッタのみに電圧を印加して
そのエミッタから放出される電子線のみを選択して使用
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電子線装置及びその電子
線装置を用いたデバイスの製造方法に関し、詳しくは、
マルチビームを放出可能なマルチエミッタを使用するこ
とによって、最小線幅が０．１μｍ以下のパターンを有
する試料の欠陥検査、線幅測定、合わせ精度測定、高時
間分解能電位コントラスト測定等を高いスループット
で、しかも高い信頼性で行える電子線装置並びにその電
子線装置を用いたデバイスの製造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】多数のエミッタ（マルチエミッタ）を備え
た電子銃を使用した電子線装置は、従来から種々知られ
ている。（例えば、１９８９年発行「ＪＡＰＡＮＥＳＥ
ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＹＳＩ
ＣＳ」のＶｏｌ．２８，Ｎｏ１０の２０２８ないし２０
６４に示される。）。しかしながら、かかるマルチエミ
ッタを備える従来の電子線装置は主に電子顕微鏡として
利用されたものであって、微細なパターンの検査や測定
を行う装置としては実用化に至っていない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来のマルチエミッタ
では高輝度である故にエミッタからのビームの放出角度
は小さい。しかもエミッタ先端の微細な形状及びビーム
引き出し電極とのセンタリングの微細な狂い等によりビ
ームの放出方向が一定ではなく個々に大きくばらついて
いる。したがって、マルチエミッタからのビームを一つ
のレンズ系で扱う検査装置に用いるには、エミッタの構
造に特別な工夫が必要である。

【０００４】本発明はかかる問題点に鑑み成されたもの
であって、その解決しようとする一つの課題は、マルチ
ビームを構成するビームを放出可能なエミッタのみを多
数のエミッタから選択して使用可能にすることによって
マルチエミッタからのビームを一つのレンズ系で扱うよ
う応用可能にした電子線装置を提供することである。本
発明が解決しようとする他の課題は、多数のエミッタを
直交２軸方向に整列して配置し、その一方の軸方向に配
列された複数のエミッタ列の各列から一つを選び出すこ
とによって他の軸方向に配置された複数のエミッタを選
択し、その選択された複数のエミッタより電子ビームを
放出できる電子線装置を提供することである。

【０００５】本発明が解決しようとする更に別の課題
は、欠陥検査、線幅測定、合わせ精度測定或いは高時間
分解能電位コントラスト等を高いスループットで、しか
も高い信頼性で行える電子線装置を提供することであ
る。本発明が解決しようとする更に別の課題は、上記の
ような電子線装置を用いてプロセス途中の試料を評価す
るデバイスの製造方法を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本願の一つの発明は、複
数のエミッタから放出されるマルチビームを試料に照射
し、試料から放出される二次電子を検出して試料面の評
価を行う電子線装置において、前記複数のエミッタの各
エミッタに対応する電極に端子を接続して前記端子を介
して各エミッタに電圧を選択的に印加可能にし、マルチ
ビームとしての性能を満たすエミッタのみに電圧を印加
してそのエミッタから放出される電子線のみを選択して
使用するように構成されている。本願の他の発明は、エ
ミッタから放出されたビームを試料に照射し、前記試料
から放出された二次電子を検出して試料の評価を行う電
子線装置において、Ｘ、Ｙ直交２軸の一方のＹ軸方向に
沿って配置された複数のエミッタから成るエミッタ列を
他のＸ軸方向に沿って複数列設け、各エミッタ列の１個
のエミッタを選択して隣接するエミッタ間の間隔のうち
Ｘ軸方向の成分が等間隔となるマルチビームを形成し、
前記マルチビームを同時にＸ軸方向に偏向走査し、前記
試料を支持するステージをＹ軸方向に連続的に移動させ
ながら試料の評価を行うように構成されている。

【０００７】本願の別の発明は、マルチエミッタから放
出される電子線をコンデンサレンズで収束して光軸上に
クロスオーバを形成し、エミッタ像を光軸方向の少なく
とも２箇所で結像させると共に前記電子線を試料に照射
して試料から二次電子を放出させ、エミッタの像面位置
に設けられたＥ×Ｂ分離器で光軸から偏向させて検出系
に導くように構成されている。前記いずれかに記載の電
子線装置を、欠陥検査装置、線幅測定装置、合わせ精度
測定装置又は高時間分解能電位コントラスト測定装置と
してもよい。本願の別の発明は、前記いずれかに記載の
電子線装置を用いてプロセス途中のウエハーの評価を行
ってデバイスの製造する方法である。

【０００８】

【実施の形態】以下図面を参照して本発明による電子線
装置の一実施形態を説明する。図１において、本実施形
態の電子線装置１が模式的に示されている。この実施形
態の電子線装置１は、一次光学系１０と、二次光学系２
０と、検出系３０とを備えている。一次光学系１０は、
電子線すなわちビームを試料Ｓの表面に照射する光学系
で、電子ビームを放出する多数のエミッタすなわちマル
チエミッタを有する電子銃１１と、電子銃１１のマルチ
エミッタから放出された電子ビームを収束するコンデン
サレンズとしての静電レンズ１２と、開口が形成された
開口板１３と、電子ビームを集束する縮小レンズとして
の静電レンズ１４と、Ｅ×Ｂ型分離器１５と、投影レン
ズとしての静電レンズ１６と、対物レンズとしての静電
レンズ１７とを備え、それらは、図１に示されるように
電子銃１１を最上部にして順に、しかも電子銃１１から
の電子ビームの光軸Ｏが試料Ｓの表面（試料面）に鉛直
になるように配置されている。なお、図１において、電
子銃１１が他の構成要素に比較して誇張して大きく描か
れているが、これはエミッタの配列状態を分かり易くす
るためである。

【０００９】図２及び図３において、電子銃１１のマル
チエミッタ構造の詳細が示されている。同図において、
電子銃１１は、一次光学系の像面湾曲を補正するために
中央が低くＸ軸線方向（図２及び３において左右方向）
の端部に近づくにしたがって段状に高く形成された（図
３で見て）セラミック等の絶縁材料製の基板１１０を備
えている。なお、段状に形成されているのはＸ軸線方向
のみであって、Ｙ軸線方向（図２において上下方向）に
は各段部は同じ高さで基板１１０全長に亘って伸びてい
る。基板１１０の各段部１１１の上面中央にはＹ軸方向
（図３において上下方向）に等間隔に複数（この実施形
態では６個）のエミッタ１１２が配置固定されている。
エミッタ１１２は従来の電子銃のエミッタと同じ材料で
つくられる。各段部１１１の上面両縁に沿ってＹ軸線方
向に伸びる絶縁スタッド１１３が設けられている。この
絶縁スタッドは基板と同様に絶縁材料でつくられてい
る。この絶縁スタッドは基板１１１と一体的に形成され
ても或いは別個に形成した後段部１１１の上面両縁に接
着等により固定してもよい。各段部１１１の上面にはＹ
軸線方向の各端部にその段部に配置されるエミッタ１１
２の数の半数（この実施形態では３個）の配線パッド１
１４が形成されている。また各段部１１１の上面には各
配線パッド１１４と対応するエミッタとを電気的に接続
する配線パターン１１５が形成されている。各段部１１
１に設けられた対の絶縁スタッド１１３には各エミッタ
１１２に対応した電極穴１１７が形成された引出し電極
１１６が固定されている。

【００１０】基板１１０の各段部１１１へのエミッタ１
１２、絶縁スタッド１１３、配線パッド１１４、引出し
電極１１６の配設は次のようにして行う。まず、各段部
１１１の上面に両端に複数の配線パッド１１４及び対応
する配線パッドに電気的に通じる配線パターン１１５
を、導電材料を選択蒸着する等して形成する。その後各
段部の上面にはその両側縁に沿ってＹ軸線方向に伸びる
一対の絶縁スタッド１１３を配置固定する。なお、上記
配線パッド及び配線パターンの形成と絶縁スタッドの配
設とを逆にしてもよい。また、絶縁スタッドを基板と一
体的に形成してもよい。

【００１１】次に、絶縁スタッド１１３の上には電極穴
１１７がＹ軸線方向に所定の間隔で形成された引出し電
極１１６が固定される。その後、基板１１０の各段部１
１１の上面には各電極穴１１７に整合してエミッタ１１
２が所定のエミッタ材料を蒸着させることによって形成
される。したがって電極穴１１７と対応するエミッタ１
１２とは整合されるとともに予め対応して形成された配
線パターン１１５と電気的に接続される。引出し電極１
１６には各電極穴１１７に対してカソード突起（図示せ
ず）がその電極穴と整合して形成されている。基板、絶
縁スタッドは上記全てが形成された後、ベーキングが行
われ、エミッタから電子ビームを放出したときに真空度
が極端に低下するのを防止している。各段部の上面に上
記のようにして形成された複数のエミッタはエミッタ列
を形成し、このエミッタ列この実施形態では７列であ
る。隣接するエミッタ列の配列ピッチＰ₁は例えば１０
０μｍであり、各エミッタ列内の隣接するエミッタ間の
間隔Ｐ₂は１０μｍであり、Ｐ₁に比較してＰ₂が小さく
なっている。

【００１２】電子銃としてのその他の部分の構造は従来
のものと同じで良いので、それらについての説明は省略
する。上記のようなマルチエミッタを備えた電子銃は図
１の電子線装置内に組み込まれて排気され、各配線パッ
ドに独立に電圧を印加できるようにしてある。また、一
次光学系の上記電子銃以外の各機器は公知の構造及び機
能を有するものでよいので、それらに付いての詳細な説
明は省略する。

【００１３】二次光学系２０は一次光学系のＥ×Ｂ型分
離器１５で光軸Ｏに対して角θで傾斜している光軸Ｏ′
に沿って配置された拡大レンズとしての静電レンズ２１
及び２２と、開口板２３とを備えている。開口板２３に
は複数の開口２３１が形成されている。この開口板２３
の開口の数は、電子銃１１のマルチエミッタのエミッタ
列の数（この実施形態では７列）と同じになっている。
開口２３１の形状は円形又は矩形でもよいが、紙面に垂
直の方向に長く伸びる長円又は長方形でもよい。上記二
次光学系の各機器も公知の構造及び機能を有するもので
よいので、それらに付いての詳細な説明も省略する。

【００１４】検出系３０は、開口板２３の各検出開口２
３１に近接して静電レンズ２１、２２とは反対側に配置
された複数（検出開口２３１の数と同数）の検出器３１
を備えている。検出器には信号処理回路３２が接続され
ている。開口板２３及び検出器３１は公知の構造のもの
を使用してもよいので、それらの構造及び機能の説明は
省略する。信号処理回路３２としては、電子線装置１を
欠陥検査装置として機能させる場合には公知の構造の欠
陥検出回路を使用し、電子線装置を線幅測定装置として
機能させる場合には公知の構造の線幅測定回路を使用
し、電子線装置を合わせ精度測定装置として機能させる
場合には公知の構造の合わせ精度測定装置を使用し、高
時間分解能電位測定装置として機能させる場合には公知
の構造の高時間分解能測定回路を使用すればよい。

【００１５】次に、上記構成の電子線装置１の動作に付
いて説明する。電子線装置として動作させるに先立っ
て、上述のように複数のエミッタ列を備えた電子銃１１
から使用しようとするエミッタ１１２を、以下のように
して、エミッタ列から１個ずつ選択する。すなわち、ま
ず、中央のエミッタ列の各エミッタ１１２に１個ずつ電
圧を印加し、各エミッタの結像位置のＸ、Ｙ座標と電子
ビームの強度を記録し、強度が平均的な値でかつ電子ビ
ームの位置のＸ座標値が平均的なエミッタを選び、その
エミッタを仮に選択する。次に、両隣りのエミッタ列の
エミッタについても１個ずつ電圧を印加し、先に選んだ
光軸上のエミッタからの電子ビームの強度に最も近い強
度を有しかつ結像点位置のＸ座標値が設計値に近いエミ
ッタを選ぶ。以下同様な操作を繰り返して全てのエミッ
タ列から最適のエミッタを１個ずつ選ぶ。このようにし
て選ばれたエミッタに配線パターン１１５を介して電気
的に接続された配線パッド１１４のみに電圧を印加でき
るようにしておく。

【００１６】上記のようにエミッタが選択された電子銃
の配線バッドに電圧を印加して選ばれた各エミッタから
電子ビームを放出させると、その電子ビームはコンデン
サレンズ１２により主光軸が開口板１３の開口１３１の
位置で光軸Ｏと交わるように収束する。エミッタの像は
静電レンズ１４により収束されてＥ×Ｂ分離器１５の偏
向主面２５付近に結像され、更にレンズ１６及び１７に
より試料Ｓの表面上に結像される。このようにして電子
銃の複数のエミッタ１１２から放出された電子ビームが
試料Ｓの表面に照射される。試料Ｓの表面からは上記電
子ビームの照射により二次電子が放出される。この二次
電子は加速電場を形成している対物レンズ１７で引き上
げられ、レンズ１６によりＥ×Ｂ分離器１５の偏向主面
２５の少し手前（試料Ｓ側）で結像される。この二次電
子は複数の電子ビーム（マルチビーム）の配列方向に直
角の方向（従って図１では紙面に直角で光軸Ｏを含む面
内に存在する方向であるが、図面での説明上図１の右側
に表してある。）で光軸Ｏに対して角θを成す方向に偏
向される。偏向された二次電子は拡大レンズ２１及び２
２により拡大され開口板２３の検出開口２３１の位置で
結像する。検出開口の近くに来た二次電子は検出器３１
により発生される電界に引かれてほとんど全て検出開口
を通過し、検出器３１によって検出される。

【００１７】なお、一次光学系の電子ビームは、隣接す
るエミッタ列間の間隔Ｐ₁をすべてカバーして試料Ｓに
照射できるように、静電偏向器を使用して同時にＸ軸方
向に所定の範囲で走査され、また試料はＹ軸線（図１に
おいて紙面に垂直の方向）に連続移動されるが、それら
の作動方法は公知の方法でよいので詳細な説明は省略す
る。検出器からは検出信号が信号処理装置３２に送ら
れ、前述のように信号処理装置の回路構成に応じて試料
の表面或いはその表面に形成されたパターンの欠陥の検
査、試料の表面に形成されたパターン等の線幅の測定、
試料の合わせ精度の測定、或いは高時間分解能電位の測
定等が行われる。

【００１８】次に図４及び図５を参照して本発明による
半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。図４
は、本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施例
を示すフローチャートである。この実施例の製造工程は
以下の主工程を含んでいる。 （１）ウエハを製造するウエハ製造工程（又はウエハを
準備するウエハ準備工程） （２）露光に使用するマスクを製造するマスク製造工程
（又はマスクを準備するマスク準備工程） （３）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 （４）ウエハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出
し、動作可能にならしめるチップ組立工程 （５）できたチップを検査するチップ検査工程 なお、上記のそれぞれの主工程は更に幾つかのサブ工程
からなっている。

【００１９】これらの主工程中の中で、半導体デバイス
の性能に決定的な影響を及ぼすのが（３）のウエハプロ
セッシング工程である。この工程では、設計された回路
パターンをウエハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとし
て動作するチップを多数形成する。このウエハプロセッ
シング工程は以下の各工程を含んでいる。 （１）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部
を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤ
やスパッタリング等を用いる） （２）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程 （３）薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するために
マスク（レチクル）を用いてレジストパターンを形成す
るリソグラフィー工程 （４）レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工す
るエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用い
る） （５）イオン・不純物注入拡散工程 （６）レジスト剥離工程 （７）更に、加工されたウエハを検査する工程 なお、ウエハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り
返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造す
る。

【００２０】図５は、図４のウエハプロセッシング工程
の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。 （１）前段の工程で回路パターンが形成されたウエハ上
にレジストをコートするレジスト塗布工程 （２）レジストを露光する露光工程 （３）露光されたレジストを現像してレジストのパター
ンを得る現像工程 （４）現像されたレジストパターンを安定化するための
アニール工程 上記の半導体デバイス製造工程、ウエハプロセッシング
工程、リソグラフィー工程については、周知のものであ
りこれ以上の説明を要しないであろう。上記（７）の検
査工程に本発明に係る電子線装置を利用した欠陥検査方
法、欠陥検査装置を用いると、微細なパターンを有する
半導体デバイスでも、スループット良く検査できるの
で、全数検査が可能となり、製品の歩留まりの向上、欠
陥製品の出荷防止が可能と成る。また、電子線装置を利
用した線幅測定方法及び装置によれば、高い精度でスル
ープット良く試料面に形成されたパターンの線幅を測定
できる。更に、電子線装置を利用した欠陥レビュー方法
及び装置によれば、高い精度で欠陥を監視できる。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、次のような効果を奏す
ることが可能である。 （イ）マルチビームとしての性能を満たすエミッタのみ
を選択して使用できるので、一つの光学系で扱えるマル
チビームが得られる。 （ロ）マルチエミッタからの電子ビームは光源の寸法が
小さいので縮小率を極端に小さくしなくても良く、光学
系を簡素化できる。 （ハ）複数個のエミッタが寿命になっても残りのエミッ
タの中から良いものを選んで使用できるので長寿命のマ
ルチエミッタが得られる。 （ニ）マルチエミッタは電界効果放出であり、高輝度、
低エネルギ幅なので大電流のマルチビームが得られる。
従って検査装置等に使用した場合には高いスループット
にできる。 （ホ）本発明の装置を使用してプロセス途中のウエーハ
の検査等を行えばデバイス製造の歩留まりを向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子線装置の一実施例の模式図で
ある。

【図２】電子銃のマルチエミッタの構造を示す平面図で
ある。

【図３】図２の線Ａ−Ａに沿って見たマルチエミッタの
構造の断面図である。

【図４】本発明による半導体デバイスの製造方法の一実
施例を示すフローチャートである。

【図５】図４のウエハプロセッシング工程の中核をなす
リソグラフィー工程を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 電子線装置 １０ 一次光学系 １１ 電子銃 １３ 開口板 １４、１６、１
７ 静電レンズ １５ Ｅ×Ｂ ２０ 二次光学系 ２１、２２ 拡
大レンズ ２３ 開口板 ２３１ 開口 ３０ 検出系 ３１ 検出器 ３２ 信号処理回路 １１０ 基板 １１２ エミッ
タ １１３ 絶縁スタッド １１６ 引出し
電極 １１７ 電極穴

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/05 Ｈ０１Ｊ 37/05 37/28 37/28 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ (72)発明者 中筋 護 東京都大田区羽田旭町11番１号 荏原マイ スター株式会社内 (72)発明者 野路 伸治 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 佐竹 徹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 2G001 AA03 AA10 BA07 CA03 DA01 DA02 EA04 GA05 GA09 HA13 JA01 JA07 KA03 LA11 MA05 4M106 BA02 CA39 CA40 DB02 DB05 DB12 DE01 DE03 DE04 DE05 DH12 DH24 DJ04 DJ07 DJ17 DJ18 DJ20 5C030 BB02 BB17 5C033 AA02 AA05 FF02 JJ07 MM07 UU02

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数のエミッタから放出されるマルチビ
   ームを試料に照射し、試料から放出される二次電子を検
   出して試料面の評価を行う電子線装置において、 前記複数のエミッタの各エミッタに対応する電極に端子
   を接続して前記端子を介して各エミッタに電圧を選択的
   に印加可能にし、マルチビームとしての性能を満たすエ
   ミッタのみに電圧を印加してそのエミッタから放出され
   る電子線のみを選択して使用する電子線装置。
2. 【請求項２】 エミッタから放出されたビームを試料に
   照射し、前記試料から放出された二次電子を検出して試
   料の評価を行う電子線装置において、Ｘ、Ｙ直交２軸の
   一方のＹ軸方向に沿って配置された複数のエミッタから
   成るエミッタ列を他のＸ軸方向に沿って複数列設け、各
   エミッタ列の１個のエミッタを選択して隣接するエミッ
   タ間の間隔のうちＸ軸方向の成分が等間隔となるマルチ
   ビームを形成し、前記マルチビームをＸ軸方向に偏向走
   査し、前記試料を支持するステージをＹ軸方向に連続的
   に移動させながら試料の評価を行う電子線装置。
3. 【請求項３】 マルチエミッタから放出される電子線を
   コンデンサレンズで収束して光軸上にクロスオーバを形
   成し、エミッタ像を光軸方向の少なくとも２箇所で結像
   させると共に前記電子線を試料に照射して試料から二次
   電子を放出させ、エミッタの像面位置に設けられたＥ×
   Ｂ分離器で光軸から偏向させて検出系に導く電子線装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１ないし３のいずれかに記載の電
   子線装置において、欠陥検査装置、線幅測定装置、合わ
   せ精度測定装置又は高時間分解能電位コントラスト測定
   装置である電子線装置。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の電
   子線装置を用いてプロセス途中のウエハーの評価を行う
   ことを特徴とするデバイスの製造方法。