JP2002216684A - Electron beam apparatus, method for detecting displacement of axis of electron beam and method for manufacturing device using electron beam apparatus - Google Patents

Electron beam apparatus, method for detecting displacement of axis of electron beam and method for manufacturing device using electron beam apparatus

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JP2002216684A
JP2002216684A JP2001008996A JP2001008996A JP2002216684A JP 2002216684 A JP2002216684 A JP 2002216684A JP 2001008996 A JP2001008996 A JP 2001008996A JP 2001008996 A JP2001008996 A JP 2001008996A JP 2002216684 A JP2002216684 A JP 2002216684A
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electron beam
electron
opening
axis
mask
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Japanese (ja)
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Muneki Hamashima
宗樹 浜島
Mamoru Nakasuji
護 中筋
Shinji Nomichi
伸治 野路
Toru Satake
徹 佐竹
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Ebara Corp
Nikon Corp
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Ebara Corp
Nikon Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To accurately detect an incident position and an incident angle of a beam. SOLUTION: An electron beam radiated from a radiating means 1 irradiates a sample through a deflecting means 4 and the first and second masks. When a displacement is detected, an opening of the first mask is scanned by the deflecting means 4 and the beam limited by the first mask irradiates the second mask 3. When the incident angle and the incident position are displaced, a beam region which is a part of the beam scanned by the deflecting means 4 and irradiates the second mask is eccentric, and an eccentric state is detected by an electron detecting means 5 and an axis displacement detecting means 6. When an apparatus uses multi-beam, the first mask is disposed in an opening for determining the number of openings of an optical system.

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、試料表面に電子ビ
ームを照射する電子ビーム装置、及び、該電子ビーム装
置を用いて半導体ウエハの欠陥検査等の評価を行う工程
を含んだ半導体デバイスの製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam apparatus for irradiating a sample surface with an electron beam, and a method for manufacturing a semiconductor device including a step of evaluating a semiconductor wafer for defect inspection or the like using the electron beam apparatus. About the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】電子銃から出射される電子ビームを、偏
向器や電子レンズを介して試料面上に照射する電子ビー
ム装置が知られている。この電子ビーム装置を利用した
装置として、例えば、電子ビームをスポット状に集束さ
せて走査させ、試料面上を観察する走査型電子顕微鏡や
半導体ウエーハ上にデバイスパターンを直接描画する電
子ビーム描画装置などがある。このような電子ビーム装
置では、偏向器や電子レンズの中心位置に電子ビームを
正確に通過させなければならない。しかしながら、偏向
器の偏向磁場は、通常、偏向器の中心位置から外れると
不均一になるため、電子ビームが偏向器の中心から外れ
た位置で偏向されると、収差によってビームの照射位置
にずれが発生した。また、電子ビームが電子レンズの中
心位置から外れてレンズ作用を受けると、レンズの球面
収差によって同じようにビームの照射位置にずれが発生
した。
2. Description of the Related Art There is known an electron beam apparatus for irradiating an electron beam emitted from an electron gun onto a sample surface via a deflector or an electron lens. Examples of devices using this electron beam device include a scanning electron microscope that focuses and scans an electron beam in a spot shape and observes a sample surface, and an electron beam drawing device that directly draws a device pattern on a semiconductor wafer. There is. In such an electron beam device, the electron beam must pass accurately through the center of the deflector or the electron lens. However, the deflection magnetic field of the deflector usually becomes non-uniform when the electron beam deviates from the center of the deflector. There has occurred. When the electron beam deviates from the center position of the electron lens and undergoes a lens action, the beam irradiation position similarly shifts due to the spherical aberration of the lens.

【0003】したがって、電子ビームが、偏向器や電子
レンズの中心位置を正確に通過するように、電子銃、偏
向器、及び電子レンズは、厳密な精度で取り付ける努力
がされている。しかしながら、このような努力にもかか
わらず精度不足が生じてしまい、精度不足が生じると、
電子銃と偏向器や電子レンズとに相対的な配置ずれ残存
し、電子ビームの軸が、偏向器や電子レンズの中心位置
から大きく外れてしまう。そこで、電子ビームの軸合わ
せ調整が必要となる。アパーチャの中心位置にビーム軸
を合わせることができる荷電ビーム装置について、図1
3〜図16を参照して、以下に説明する。
[0003] Therefore, efforts have been made to mount the electron gun, the deflector, and the electron lens with strict accuracy so that the electron beam accurately passes through the center position of the deflector and the electron lens. However, despite such efforts, lack of accuracy has occurred.
The relative displacement between the electron gun and the deflector or the electron lens remains, and the axis of the electron beam deviates largely from the center position of the deflector or the electron lens. Therefore, it is necessary to adjust the alignment of the electron beam. FIG. 1 shows a charged beam device capable of aligning the beam axis with the center position of the aperture.
This will be described below with reference to FIGS.

【0004】図13において、電子銃71から出射され
る電子ビームの軸上には、軸合わせ機構72、副偏向コ
イル73、主偏向コイル74、対物レンズ75が配置さ
れている。通常、電子ビームは、副偏向コイル73、主
偏向コイル74、対物レンズ75の中心位置を通過する
ように設計されている。しかしながら、前述したよう
に、精度不足等により電子ビームの軸が副偏向コイル7
3等の中心位置から外れる場合があるため、軸合わせ機
構72によってビームの軸合わせを行う。軸合わせ機構
72は、図14(1)に示すように、電子銃71のビー
ム軸上に、軸合わせ用偏向コイル78、反射電子検出器
79、アパーチャマスク80が配置されて構成されてい
る。アパーチャマスク80は、その中心を、後段の副偏
向コイル73、主偏向コイル74及び対物レンズ75の
中心と同軸上に位置して配置される。
In FIG. 13, an axis aligning mechanism 72, a sub deflection coil 73, a main deflection coil 74, and an objective lens 75 are arranged on the axis of an electron beam emitted from an electron gun 71. Usually, the electron beam is designed to pass through the center positions of the sub deflection coil 73, the main deflection coil 74, and the objective lens 75. However, as mentioned above, the axis of the electron beam is
Since there is a case where the beam is deviated from the center position such as 3 or the like, the beam is aligned by the axis alignment mechanism 72. As shown in FIG. 14A, the axis aligning mechanism 72 is configured by arranging a deflection coil 78 for axis alignment, a reflected electron detector 79, and an aperture mask 80 on the beam axis of the electron gun 71. The aperture mask 80 is arranged so that its center is coaxial with the centers of the sub-deflection coil 73, the main deflection coil 74, and the objective lens 75 at the subsequent stage.

【0005】軸合わせ用偏向コイル78は、図14
(2)に示すように、まず、電子ビームをX方向に振
る。アパーチャマスク80に電子ビームが照射される
と、その照射箇所からは反射電子が発生し、反射電子検
出器79によって検出される。一方、アパーチャマスク
80の開口に電子ビームが照射されると、電子ビームは
開口を通過してしまうため、反射電子は検出されない。
したがって、電子ビームをX方向へ振ることにより、ア
パーチャマスク80の開口の縁部分の点A、Bに電子ビ
ームが照射された時点で、立ち上がりと立ち下がりのエ
ッジ信号が、反射電子検出器79によって検出される。
検出されたエッジ信号に基づいて、CPU等の演算制御
装置(不図示)が点A、Bの座標を算出し、さらに、こ
れらの点A、Bの中点Cの座標を算出する。
[0005] The deflection coil 78 for axis alignment is shown in FIG.
As shown in (2), first, the electron beam is swung in the X direction. When the aperture mask 80 is irradiated with an electron beam, reflected electrons are generated from the irradiated area and detected by a reflected electron detector 79. On the other hand, when an electron beam is applied to the opening of the aperture mask 80, the electron beam passes through the opening, and thus no reflected electrons are detected.
Therefore, by oscillating the electron beam in the X direction, the rising and falling edge signals are detected by the reflected electron detector 79 at the time when the points A and B at the edges of the aperture of the aperture mask 80 are irradiated with the electron beam. Is detected.
Based on the detected edge signal, an arithmetic and control unit (not shown) such as a CPU calculates the coordinates of points A and B, and further calculates the coordinates of the middle point C of points A and B.

【0006】次に、軸合わせ用偏向コイル78は、点C
を通過するようにY方向に電子ビームを振る。同様にし
て検出されたエッジ信号に基づいて、CPUは開口の縁
部分の点D、Eの座標を求め、その座標から中点Fの座
標を算出する。この点Fがアパーチャマスク80の中心
位置となる。以上のようにしてアパーチャマスク80の
中心位置を求め、この位置に電子ビームを照射すること
により、図15に示すように、電子ビームの軸を、アパ
ーチャマスク80の中心位置と、その後段の副偏向コイ
ル73、主偏向コイル74、及び対物レンズ75の中心
位置とに合わせることができる。
Next, the deflection coil 78 for axis alignment is moved to the point C
The electron beam in the Y direction so as to pass through. Based on the edge signal detected in the same manner, the CPU obtains the coordinates of the points D and E at the edge of the opening, and calculates the coordinates of the middle point F from the coordinates. This point F is the center position of the aperture mask 80. As described above, the center position of the aperture mask 80 is obtained, and by irradiating the position with the electron beam, the axis of the electron beam is aligned with the center position of the aperture mask 80 and the sub-stage at the subsequent stage as shown in FIG. It can be adjusted to the center position of the deflection coil 73, the main deflection coil 74, and the objective lens 75.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の従来
例では、ビーム入射位置をアパーチャの中心位置に合わ
せることは可能であっても、入射角のずれを検出して補
正することはできなかった。すなわち、図16に示すよ
うに、電子銃71の設置角度にずれがある場合には、ア
パーチャマスク80に入射する際のビームの入射角にず
れが発生する。この場合においても、軸合わせ用偏向コ
イル78によってビームを振ることで、アパーチャマス
ク80の中心位置を検出し、中心位置に電子ビームを入
射させることは可能である。
However, in the above-mentioned prior art, the beam incident position can be adjusted to the center position of the aperture, but the deviation of the incident angle cannot be detected and corrected. . That is, as shown in FIG. 16, when there is a deviation in the installation angle of the electron gun 71, a deviation occurs in the incident angle of the beam when entering the aperture mask 80. Also in this case, it is possible to detect the center position of the aperture mask 80 and to make the electron beam incident on the center position by oscillating the beam by the deflection coil 78 for axial alignment.

【0008】しかしながら、入射角がずれているため、
後段の副偏向コイル73、主偏向コイル74、及び対物
レンズ75に関しては、電子ビームが各々中心位置から
外れて入射してしまい、結局、偏向制御、レンズ制御を
行う際に、収差が発生してしまう。したがって、電子ビ
ームの軸合わせは、入射位置をただ単にアパーチャマス
ク80の中心位置に合わせるだけでなく、その際の入射
角についても考慮しなければならない。
However, since the incident angles are shifted,
With respect to the sub-deflection coil 73, the main deflection coil 74, and the objective lens 75 in the latter stage, the electron beam enters each off the center position, and eventually, when performing deflection control and lens control, aberration occurs. I will. Therefore, in the axial alignment of the electron beam, it is necessary to consider not only the incident position at the center position of the aperture mask 80 but also the incident angle at that time.

【0009】本発明の第1の目的は、上記した従来例の
問題点を解決して、ビームの入射位置だけでなく、ビー
ムの入射角も含めた軸ずれを検出することができる電子
ビーム装置、及び電子ビーム装置における軸ずれ検出方
法を提供することである。本発明の第2の目的は、ビー
ムの入射位置及び入射角の軸ずれを検出することができ
る電子ビーム装置を用いて半導体ウエハの評価を行う工
程を含んだ半導体製造方法を提供することである。
A first object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and to detect an axis deviation including not only the beam incident position but also the beam incident angle. , And a method for detecting an axis shift in an electron beam device. A second object of the present invention is to provide a semiconductor manufacturing method including a step of evaluating a semiconductor wafer using an electron beam apparatus capable of detecting a beam incident position and an axis deviation of an incident angle. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明に係る電子ビーム装置においては、複数
の電子ビームを試料面上に照射する照射手段と、電子源
と試料との間に配置され、電子ビームが通過する第1の
開口を有する第1のマスクと、第1の開口を通過した電
子ビームが通過する第2の開口を有するレンズ等の光学
部品と、電子源と第1の開口との間に配置され、電子源
から照射される電子ビームを偏向する偏向手段と、偏向
手段によって電子ビームが第1の開口を走査する際に、
該第1の開口を通過する電子ビームのうち、第2の開口
に照射される電子ビームを検出する電子検出手段と、電
子検出手段により検出された電子の分布に基づいて、照
射手段のビーム軸と第1及び第2の開口の中心を通る基
準軸との軸ずれを検出する軸ずれ検出手段と、試料から
放出された二次電子を検出器群に導く二次光学系とを有
し、複数の電子ビームは、互いに二次光学系の距離分解
能より離れた位置に照射されることを特徴としている。
In order to achieve the above object, in an electron beam apparatus according to the present invention, there is provided an irradiation means for irradiating a plurality of electron beams onto a sample surface; A first mask having a first opening through which an electron beam passes, an optical component such as a lens having a second opening through which the electron beam passes through the first opening, an electron source, and an electron source. A deflecting unit disposed between the first opening and the first opening, and deflecting the electron beam emitted from the electron source;
An electron detecting means for detecting an electron beam irradiated to the second opening among the electron beams passing through the first opening; and a beam axis of the irradiating means based on a distribution of electrons detected by the electron detecting means. An axis deviation detecting means for detecting an axis deviation from a reference axis passing through the centers of the first and second apertures, and a secondary optical system for guiding secondary electrons emitted from the sample to a group of detectors, It is characterized in that a plurality of electron beams are applied to positions separated from each other by a distance resolution of the secondary optical system.

【0011】上記した本発明に係る電子ビーム装置にお
ける一実施形態においては、第2の開口が電子検出手段
を兼用しており、直接照射される電子ビームの電子を検
出するよう構成されている。第1のマスクが電子検出手
段を兼用し、電子ビームの照射によって発生する二次電
子又は反射電子の少なくとも一方の電子を検出するよう
構成してもよい。さらに、上記本発明に係る電子ビーム
装置の一実施形態においては、該電子ビーム装置の一次
光学系に、開口数NAを決めるための開口部が設けられ
ており、該開口部が第1のマスクに相当している。
In one embodiment of the above-described electron beam apparatus according to the present invention, the second opening also serves as an electron detecting means, and is configured to detect electrons of the directly irradiated electron beam. The first mask may also serve as an electron detection unit, and may be configured to detect at least one of secondary electrons and reflected electrons generated by irradiation of an electron beam. Further, in one embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention, an opening for determining a numerical aperture NA is provided in a primary optical system of the electron beam apparatus, and the opening is formed by a first mask. Is equivalent to

【0012】本発明はまた、上記した電子ビーム装置に
おける電子ビームの軸ずれを検出する方法であって、電
子ビームで第1の開口を走査し、第1の開口を通過する
電子ビームのうち、第1の開口と同軸の第2の開口を有
する第2のマスクに照射される電子ビームの電子を検出
し、検出された電子の分布に基づいて、照射手段のビー
ム軸と第1及び第2の開口の中心を通る基準軸との軸ず
れを検出することを特徴とする電子ビームの軸ずれ検出
方法を提供する。本発明はさらに、上記した電子ビーム
装置を用いて、プロセス途中あるいは終了後のウエハの
評価を行う工程を含んでいることを特徴とする半導体デ
バイス製造方法を提供する。
According to the present invention, there is also provided a method of detecting an axial deviation of an electron beam in the above-mentioned electron beam apparatus, wherein the electron beam scans a first opening, and among the electron beams passing through the first opening, An electron of an electron beam irradiated on a second mask having a second opening coaxial with the first opening is detected. Based on a distribution of the detected electrons, a beam axis of the irradiation unit and first and second electrons are detected. A method for detecting an axis deviation of the electron beam from a reference axis passing through the center of the aperture of the electron beam. The present invention further provides a semiconductor device manufacturing method including a step of evaluating a wafer during or after a process using the above-described electron beam apparatus.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】図1は、本発明に係る電子ビーム
装置の第1の実施例における軸ずれ検出原理を説明する
ためのブロック図である。該電子ビーム装置は、電子ビ
ームを試料面上に照射する照射手段1と、照射手段1と
試料との間に配置され、電子ビームが通過する第1の開
口2aが設けられた第1のマスク2と、第1の開口2a
を通過した電子ビームが通過する第2の開口3aが設け
られた第2のマスク3と、照射手段1と第1のマスク2
との間に配置され、照射手段1から照射される電子ビー
ムを偏向する偏向手段4と、偏向手段4によって電子ビ
ームが第1の開口2aを走査する際に、該第1のマスク
2を介して制限された電子ビームのうち、第2のマスク
3に照射される電子ビームの電子を検出する電子検出手
段5と、電子検出手段5により検出された電子の出力分
布に基づいて、照射手段1のビーム軸と2つの開口の中
心を通る基準軸との軸ずれを検出する軸ずれ検出手段6
とを備えている。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS FIG. 1 is a block diagram for explaining the principle of detecting an axis shift in a first embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention. The electron beam apparatus includes an irradiation unit 1 for irradiating an electron beam onto a sample surface, and a first mask disposed between the irradiation unit 1 and the sample and provided with a first opening 2a through which the electron beam passes. 2 and the first opening 2a
A second mask 3 provided with a second opening 3a through which an electron beam passing therethrough is provided; an irradiation means 1 and a first mask 2
And a deflecting means 4 for deflecting the electron beam irradiated from the irradiating means 1. When the deflecting means 4 scans the first opening 2 a with the electron beam, the deflecting means 4 passes through the first mask 2. Detecting means 5 for detecting the electrons of the electron beam irradiated to the second mask 3 out of the electron beams limited by the irradiation, and irradiating means 1 based on the output distribution of the electrons detected by the electron detecting means 5. Misalignment detecting means 6 for detecting misalignment between the beam axis of the laser beam and a reference axis passing through the centers of the two apertures.
And

【0014】第1の実施例の電子ビーム装置では、例え
ば、図1(A)に示すように、偏向手段4によって、電
子ビームが第1の開口2aを走査する。このとき、電子
ビームは、第1のマスク2で制限されるため、第1の開
口2aを通過した電子ビームだけが、第2のマスク3に
到達し、第2のマスク3の表面を走査することになる。
そして、電子検出手段5は、第2のマスク3に照射され
る電子ビームの電子を検出する。このとき、電子検出手
段5が行う電子の検出は、第2のマスク3に照射される
電子ビームの電子を直接検出するだけでなく、電子ビー
ムが照射される際に、第2のマスク3から発生する電子
(二次電子、反射電子等)を検出する間接的な検出も含
まれる。
In the electron beam apparatus of the first embodiment, for example, as shown in FIG. 1A, the electron beam scans the first opening 2a by the deflecting means 4. At this time, since the electron beam is restricted by the first mask 2, only the electron beam that has passed through the first opening 2 a reaches the second mask 3 and scans the surface of the second mask 3. Will be.
Then, the electron detecting means 5 detects the electrons of the electron beam applied to the second mask 3. At this time, the detection of the electrons performed by the electron detection means 5 not only directly detects the electrons of the electron beam irradiated on the second mask 3, but also detects the electrons from the second mask 3 when the electron beam is irradiated. Indirect detection for detecting generated electrons (secondary electrons, reflected electrons, etc.) is also included.

【0015】次に、軸ずれ検出手段6において、検出さ
れた電子の出力分布(具体的には、第2のマスク3の走
査画像に相当する)に基づいて、電子ビームの基準軸か
らの軸ずれを検出する。軸ずれ検出手段6においては、
例えば、図1(B)に示すように、電子ビームが斜めに
入射すると、第2のマスク3の右側に照射される電子ビ
ームの領域が拡大し、左側には電子ビームが照射されな
くなる。また、図1(C)に示すように、電子ビームの
入射位置が右側にずれると、第2のマスク3の右側に照
射される電子ビームの領域は、一定のまま、あまり変わ
らないが、左側には電子ビームが照射されなくなる。こ
のように、第1のマスク2を介して制限された電子ビー
ムが、第2のマスク3にどのように照射されるかによっ
て、ビーム軸の入射角ずれや入射位置ずれを検出するこ
とができる。
Next, the axis deviation detecting means 6 determines the axis of the electron beam from the reference axis based on the output distribution of the detected electrons (specifically, corresponding to the scanned image of the second mask 3). Detect the deviation. In the axis deviation detecting means 6,
For example, as shown in FIG. 1B, when the electron beam is obliquely incident, the area of the electron beam irradiated on the right side of the second mask 3 is enlarged, and the electron beam is not irradiated on the left side. Further, as shown in FIG. 1C, when the incident position of the electron beam shifts to the right, the area of the electron beam irradiated on the right side of the second mask 3 remains constant and does not change much. Is no longer irradiated with an electron beam. As described above, depending on how the electron beam restricted via the first mask 2 is irradiated on the second mask 3, it is possible to detect the deviation of the incident angle and the incident position of the beam axis. .

【0016】図2は、本発明に係る第2の実施例の電子
ビーム装置における軸ずれ検出原理を説明するためのブ
ロック図である。該装置は、図1に示した第1の実施例
の電子ビーム装置において、第1のマスク2が電子検出
手段5を兼用しており、電子ビームの照射によって第2
のマスク3から発生する二次電子又は反射電子の少なく
とも一方の電子を検出するよう構成されている。この第
2の実施例の電子ビーム装置においては、電子ビームが
第2のマスク3に照射される際に、その照射箇所から発
生する二次電子、反射電子を、第1のマスク2によって
検出することができる。
FIG. 2 is a block diagram for explaining the principle of detecting an axis shift in the electron beam apparatus according to the second embodiment of the present invention. This device is the same as the electron beam device of the first embodiment shown in FIG. 1, except that the first mask 2 also serves as the electron detecting means 5,
Is configured to detect at least one of a secondary electron and a reflected electron generated from the mask 3. In the electron beam apparatus according to the second embodiment, when the electron beam is irradiated on the second mask 3, secondary electrons and reflected electrons generated from the irradiated area are detected by the first mask 2. be able to.

【0017】図3は、本発明に係る第3の実施例の電子
ビーム装置における軸ずれ検出原理を説明するためのブ
ロック図である。該装置は、図1に示した第1の実施例
の電子ビーム装置において、第2のマスク3が電子検出
手段5を兼用しており、第2のマスク3は、該マスクに
照射される電子ビームの電子を直接検出するよう構成さ
れている。
FIG. 3 is a block diagram for explaining the principle of detecting an axis shift in the electron beam apparatus according to the third embodiment of the present invention. This device is the same as the electron beam device of the first embodiment shown in FIG. 1, except that the second mask 3 also serves as the electron detecting means 5, and the second mask 3 is used for irradiating the electron beam to the mask. It is configured to directly detect the electrons of the beam.

【0018】次に、図1〜図3に示した第1〜第3の実
施例のいずれかの電子ビーム装置を、半導体ウエハの表
面の欠陥、及び線幅等を評価するための評価装置に適用
した場合について、説明する。図4の(A)は、本発明
に係る電子ビーム装置の光学系及びその制御系を示す概
略図である。図2の(A)において、電子銃1から放出
された電子ビームは、コンデンサ・レンズ2によって集
束されて、点4においてクロスオーバを形成する。複数
のビームに対する開口角を決めるために、この点4の位
置に開口板すなわちアパーチャ板21が設けられてい
る。コンデンサ・レンズ2の下方には、複数の小さい開
口を有する第1のマルチ開口板3が配置され、この開口
板3に設けられた複数の小開口によって複数の一次電子
ビームが形成される。形成された複数の一次電子ビーム
はそれぞれ、縮小レンズ5によって縮小されて点15に
投影される。そして、点15で合焦した後、ウイーンフ
ィルタ(EXB分離器)6及び対物レンズ7を介してス
テージ20上に載置された試料ウエハ8に合焦される。
第1のマルチ開口板3の複数の小開口からの複数の一次
電子ビームは、縮小レンズ5と対物レンズ7との間に配
置された偏向器19により、同時にウエハ8面上を走査
するよう偏向される。
Next, the electron beam apparatus of any one of the first to third embodiments shown in FIGS. 1 to 3 is used as an evaluation apparatus for evaluating a defect on a surface of a semiconductor wafer, a line width, and the like. The case where this is applied will be described. FIG. 4A is a schematic diagram showing an optical system and a control system of the electron beam device according to the present invention. In FIG. 2A, the electron beam emitted from the electron gun 1 is focused by a condenser lens 2 to form a crossover at a point 4. In order to determine the aperture angles for the plurality of beams, an aperture plate, that is, an aperture plate 21 is provided at the position of the point 4. Below the condenser lens 2, a first multi-aperture plate 3 having a plurality of small openings is arranged, and a plurality of primary electron beams are formed by the plurality of small openings provided in the opening plate 3. Each of the formed primary electron beams is reduced by the reduction lens 5 and projected onto a point 15. Then, after focusing at the point 15, the sample wafer 8 placed on the stage 20 is focused via the Wien filter (EXB separator) 6 and the objective lens 7.
A plurality of primary electron beams from a plurality of small apertures of the first multi-aperture plate 3 are deflected by a deflector 19 disposed between the reduction lens 5 and the objective lens 7 so as to simultaneously scan the surface of the wafer 8. Is done.

【0019】縮小レンズ5と対物レンズ7の像面湾曲収
差が発生しないようにするために、第1のマルチ開口板
3は、図4の(B)に示すように、円周上に小開口が複
数配置され、ラスタスキャンニングの走査方向であるX
方向上に投影した点は、ほぼ等間隔となるように、開口
の位置関係が設定されている。なお、図4の(B)にお
いては、第1の開口板3の小開口を符号3で示してい
る。合焦された複数の一次電子ビームによって、ウエハ
8の複数の点が照射され、該照射された複数の点から放
出された二次電子ビームは、対物レンズ7の電界に引か
れて細く集束され、ウイーンフィルタ6で偏向され、二
次光学系に投入される。二次電子ビームによる像は、点
15より対物レンズ7に近い点16に焦点を結ぶ。これ
は、複数の一次電子ビームがそれぞれウエハ8面上で約
500eVのエネルギを有しているのに対して、二次電
子ビームは数eVのエネルギしか有していないためであ
る。
In order to prevent the field curvature aberration between the reduction lens 5 and the objective lens 7, the first multi-aperture plate 3 has a small aperture on the circumference as shown in FIG. Are arranged, and X, which is the scanning direction of raster scanning,
The positional relationship of the openings is set such that the points projected in the direction are substantially equally spaced. In FIG. 4B, a small opening of the first opening plate 3 is indicated by reference numeral 3. The plurality of focused primary electron beams irradiate a plurality of points on the wafer 8, and the secondary electron beams emitted from the plurality of irradiated points are attracted and narrowed by the electric field of the objective lens 7. , Are deflected by the Wien filter 6, and then input to the secondary optical system. The image by the secondary electron beam focuses on point 16 which is closer to objective lens 7 than point 15. This is because a plurality of primary electron beams each have energy of about 500 eV on the surface of the wafer 8, whereas the secondary electron beam has energy of only several eV.

【0020】二次光学系は、拡大レンズ9、10を有し
ており、これら拡大レンズを通過した二次電子ビーム
は、第2のマルチ開口板11に結像する。二次光学系に
はまた、該系の開口角を決めるための開口すなわちアパ
ーチャ板22が設けられており、該アパーチャ板22
は、主光線が交わる位置に配置されている。そして、該
第2のマルチ開口板11の複数の開口を通過して、これ
ら開口に対応して設けられた複数の検出器12で検出さ
れる。なお、検出器12の前に配置された第2のマルチ
開口板11の複数の開口と、第1のマルチ開口板3の複
数の開口とは、図2の(B)に示すように、1対1に対
応している。検出器12と複数の開口とが1対1に対応
していることは勿論である。二次光学系の開口角を決め
る開口を有するアパーチャ板22は、主光線が交わる位
置に設けられている。
The secondary optical system has magnifying lenses 9 and 10, and the secondary electron beam passing through these magnifying lenses forms an image on the second multi-aperture plate 11. The secondary optical system is also provided with an aperture or aperture plate 22 for determining the aperture angle of the system.
Are arranged at positions where the principal rays intersect. Then, the light passes through a plurality of openings of the second multi-aperture plate 11 and is detected by a plurality of detectors 12 provided corresponding to these openings. Note that the plurality of openings of the second multi-aperture plate 11 arranged in front of the detector 12 and the plurality of openings of the first multi-aperture plate 3 are, as shown in FIG. It corresponds to one to one. It goes without saying that the detector 12 and the plurality of apertures have a one-to-one correspondence. The aperture plate 22 having an opening for determining the opening angle of the secondary optical system is provided at a position where the principal rays intersect.

【0021】検出器12はそれぞれ、受け取った二次電
子ビームを、その強度を表す電気信号へ変換する。各検
出器12からの電気信号は増幅器13で増幅された後、
画像処理ユニット14においてサブ画像データに変換さ
れる。画像処理ユニット14には、通常の動作では、偏
向器制御ユニット48から偏向器19に供給されて一次
電子ビームを偏向させるための走査信号も供給されてい
る。偏向器制御ユニット48は、偏向器19だけでな
く、偏向器17、23、24、25を制御する。なお、
44はCPUであり、CPU44は、電子ビーム装置全
体の制御を行う。
Each of the detectors 12 converts the received secondary electron beam into an electric signal representing its intensity. After the electric signal from each detector 12 is amplified by the amplifier 13,
The image is converted into sub-image data in the image processing unit 14. In a normal operation, the image processing unit 14 is also supplied with a scanning signal supplied from the deflector control unit 48 to the deflector 19 to deflect the primary electron beam. The deflector control unit 48 controls not only the deflector 19 but also the deflectors 17, 23, 24, 25. In addition,
Reference numeral 44 denotes a CPU, which controls the entire electron beam apparatus.

【0022】第1のマルチ開口板3の開口を通過した一
次電子ビームをウエハ8の面上に合焦させる際、一次光
学系により生じる歪み、像面湾曲及び視野非点という3
つの収差による影響を最小にするように、配慮すること
が好ましい。さらに、複数の一次電子ビームの照射スポ
ットの間隔の最小値を、二次光学系の収差よりも大きい
距離だけ離間させれば、複数の電子ビーム間のクロスト
ークを無くすことができる。
When the primary electron beam that has passed through the opening of the first multi-aperture plate 3 is focused on the surface of the wafer 8, distortion, field curvature, and astigmatism caused by the primary optical system are caused.
Care should be taken to minimize the effects of the two aberrations. Further, if the minimum value of the interval between the irradiation spots of the plurality of primary electron beams is separated by a distance larger than the aberration of the secondary optical system, crosstalk between the plurality of electron beams can be eliminated.

【0023】図4におけるアパーチャ板21は、金属製
で円板状に形成されており、電子ビームの軸合わせを行
う必要があるものである。以下に、アパーチャ板21へ
の電子ビームの軸合わせ動作について、図5〜図10を
参照して説明する。図5は、アパーチャ板21の周辺の
拡大図である。33aは縮小レンズ5の上部電極であ
り、該上部電極33aは、一次光学系25の光軸に直交
するように配置されている。また、該上部電極33aに
は、一次ビームを通すためのビーム通し穴33bが形成
されている。縮小レンズ5の上部電極33a上部には、
ビーム通し穴33bを囲むように、金属製の円筒状の保
持部33cが設置されている。その内壁には、セラミッ
ク製の絶縁部33dを介して、上記した金属製で円板状
のアパーチャ板21が、一次光学系25の光軸と直交す
るように取り付けられている。アパーチャ板21には、
ビーム通し穴33bより径の小さい開口21aが形成さ
れている。この開口21aと一次ビーム通し穴33bと
は、各々の中心を同軸上に位置して配置されており、こ
の軸が基準軸(縮小レンズ5の中心軸)となる。アパー
チャ板21の開口21aの位置にはクロスオーバが形成
されているため、複数の一次ビームはすべてが集合して
1つのスポットビームとなっている。
The aperture plate 21 in FIG. 4 is made of metal and is formed in a disk shape, and it is necessary to align the axis of the electron beam. Hereinafter, the operation of aligning the electron beam with the aperture plate 21 will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is an enlarged view of the periphery of the aperture plate 21. 33a is an upper electrode of the reduction lens 5, and the upper electrode 33a is arranged so as to be orthogonal to the optical axis of the primary optical system 25. Further, a beam passage hole 33b for passing a primary beam is formed in the upper electrode 33a. Above the upper electrode 33a of the reduction lens 5,
A metal cylindrical holding portion 33c is provided so as to surround the beam passage hole 33b. The above-mentioned metal disk-shaped aperture plate 21 is attached to the inner wall thereof via a ceramic insulating portion 33 d so as to be orthogonal to the optical axis of the primary optical system 25. In the aperture plate 21,
An opening 21a having a smaller diameter than the beam passage hole 33b is formed. The opening 21a and the primary beam passage hole 33b are arranged so that their respective centers are coaxial with each other, and this axis becomes the reference axis (the central axis of the reduction lens 5). Since a crossover is formed at the position of the opening 21a of the aperture plate 21, all of the plurality of primary beams are aggregated into one spot beam.

【0024】以上の構成を用いて、以下のようにビーム
の入射角ずれ及び入射位置ずれの補正を行う。偏向器1
7、23は、偏向器制御ユニット48からの水平及び垂
直(X方向及びY方向方向)走査信号に従って、スポッ
トビームを偏向制御し、スポットビームでアパーチャ板
21の開口21aを繰り返し走査する。
Using the above configuration, the deviation of the incident angle and the incident position of the beam are corrected as follows. Deflector 1
Reference numerals 7 and 23 control the deflection of the spot beam in accordance with horizontal and vertical (X and Y direction) scanning signals from the deflector control unit 48, and repeatedly scan the aperture 21a of the aperture plate 21 with the spot beam.

【0025】アパーチャ板21には、正の電圧が印加さ
れている。このため、アパーチャ板21の表面に直接照
射されるスポットビームの電子を取り込むことができ
る。また、スポットビームが開口21aを通過して、ビ
ーム通し穴33bの縁部分に照射されるとき、その照射
箇所から発生する電子(二次電子、反射電子の少なくと
も一方の電子)も取り込むことができる。電流計52
は、取り込まれた電子を電流信号として検出する。画像
処理ユニット14は、偏向器17、23への水平及び垂
直走査信号に同期して、電流信号をA/D変換し、走査
画像を生成する。
A positive voltage is applied to the aperture plate 21. For this reason, it is possible to take in electrons of a spot beam that is directly applied to the surface of the aperture plate 21. Further, when the spot beam passes through the opening 21a and irradiates the edge portion of the beam passage hole 33b, electrons (at least one of secondary electrons and reflected electrons) generated from the irradiated portion can be taken in. . Ammeter 52
Detects the captured electrons as a current signal. The image processing unit 14 A / D converts the current signal in synchronization with the horizontal and vertical scanning signals to the deflectors 17 and 23, and generates a scanned image.

【0026】図6は、スポットビームの走査画像を示
す。走査画像は、ビーム通し穴33bと開口21aとを
上から覗いた画像になる。領域Aはアパーチャ板21を
示し、領域Bはビーム通し穴33bの縁部分を示し、領
域Cはビーム通し穴33bを示している。領域Aは、ア
パーチャ板21に直接照射されるスポットビームを検出
しているため高輝度の像になり、領域Bは、ビーム通し
穴33bの縁部分から発生する電子を検出しているため
中輝度の像になり、領域Cは、スポットビームが開口2
1aとビーム通し穴33bとを通過して電子が検出され
ないため低輝度の像になる。この走査画像を利用して、
入射角ずれ及び入射位置ずれを検出する。
FIG. 6 shows a scanned image of the spot beam. The scanned image is an image in which the beam passage hole 33b and the opening 21a are viewed from above. The area A indicates the aperture plate 21, the area B indicates an edge portion of the beam through hole 33b, and the area C indicates the beam through hole 33b. Region A is a high-brightness image because a spot beam directly applied to the aperture plate 21 is detected, and region B is a medium-brightness image because electrons generated from the edge of the beam passage hole 33b are detected. In the area C, the spot beam has the aperture 2
Since no electrons are detected after passing through the beam passing hole 1a and the beam passage hole 33b, a low-luminance image is formed. Using this scanned image,
An incident angle shift and an incident position shift are detected.

【0027】入射角ずれの状態を、図7を参照して説明
する。なお、説明を簡単にするために、ビームが平行に
照射されるものとして説明する。 (1)は、ビーム軸が基準軸に一致しており、入射角ず
れがない状態を示している。このとき、領域Bは円環状
になっており、その幅である間隔Dは、D1の一定値に
なる。 (2)は、ビーム軸と基準軸とに角度ずれが生じた状態
を示している。ここでは、スポットビームの入射角がず
れて、一次ビーム通し穴33bの左側に照射されるスポ
ットビームの領域が拡大している。 (3)は、さらにビーム軸と基準軸とに大きな角度ずれ
がある状態を示している。一次ビーム通し穴33bの左
側に照射されるスポットビームの領域がさらに拡大し、
右側にはアパーチャ板21によってスポットビームが遮
断され、全く照射されなくなる。これらの入射角ずれに
関する状態は、画像処理ユニット14において走査画像
として得ることができる。
The state of the incident angle shift will be described with reference to FIG. Note that, for the sake of simplicity, the description will be made assuming that the beams are irradiated in parallel. (1) shows a state in which the beam axis coincides with the reference axis and there is no deviation of the incident angle. At this time, the region B has an annular shape, and the interval D, which is the width thereof, has a constant value of D1. (2) shows a state in which an angle shift has occurred between the beam axis and the reference axis. Here, the incident angle of the spot beam is shifted, and the area of the spot beam irradiated on the left side of the primary beam passage hole 33b is enlarged. (3) shows a state in which the beam axis and the reference axis further have a large angle shift. The area of the spot beam irradiated on the left side of the primary beam through hole 33b further expands,
On the right side, the spot beam is cut off by the aperture plate 21 and is not irradiated at all. The states relating to these incident angle shifts can be obtained as scanned images in the image processing unit 14.

【0028】入射位置ずれの状態を、図8を参照して説
明する。(1)は、ビーム軸が基準軸に一致しており、
入射位置ずれがない状態を示している。このとき、領域
A、領域B、領域Cの各中心は、中心0で一致してい
る。(2)は、ビーム軸と基準軸とに位置ずれが生じた
状態を示している。ここでは、スポットビームの入射位
置が左側に移動しており、領域B、領域Cの像が右側に
移動している。(3)は、さらにビーム軸と基準軸とに
大きな位置ずれがある状態を示している。領域B、領域
Cの像がさらに右側に移動している。これらの入射位置
ずれの状態も、画像処理ユニット14において走査画像
として得ることができる。
The state of the incident position shift will be described with reference to FIG. In (1), the beam axis coincides with the reference axis,
This shows a state where there is no incident position shift. At this time, the centers of the regions A, B, and C coincide with each other at the center 0. (2) shows a state in which a position shift has occurred between the beam axis and the reference axis. Here, the incident position of the spot beam has moved to the left, and the images of the areas B and C have moved to the right. (3) shows a state where the beam axis and the reference axis further have a large displacement. The images of the areas B and C have moved further to the right. The state of these incident position shifts can also be obtained as a scanned image in the image processing unit 14.

【0029】ところで、電子ビームの軸ずれは、実際に
は上記の入射角ずれと入射位置ずれとが同時に発生して
おり、その様子を図9(1)のように示すことができ
る。この状態で軸合わせを行う場合、まず、画像処理ユ
ニット14は、図9(1)に示した走査画像についてエ
ッジ保存平滑化フィルタによるフィルタリング処理を行
い、ノイズの低減を図る。次に、高域強調フィルタによ
ってエッジ強調処理を行う。さらに、しきい値処理によ
ってエッジ箇所を2値化し細線化して、領域Aと領域B
との境界線、領域Bと領域Cとの境界線、領域Aと領域
Cとの境界線を抽出する。
By the way, regarding the axial deviation of the electron beam, the above-described incident angle deviation and incident position deviation actually occur simultaneously, and the state can be shown in FIG. 9 (1). When performing axis alignment in this state, first, the image processing unit 14 performs a filtering process using an edge-preserving smoothing filter on the scanned image illustrated in FIG. 9A to reduce noise. Next, edge enhancement processing is performed by a high-frequency enhancement filter. Further, the edge portion is binarized and thinned by the threshold value processing, and the region A and the region B are binarized.
, A boundary line between the regions B and C, and a boundary line between the regions A and C are extracted.

【0030】次に、CPU44は、抽出された境界線の
座標データを算出し、X方向の間隔Dを求める。そし
て、この間隔Dと図10(1)で示したD1との差分を
算出してX方向の入射角ずれ量を求め、このずれ量を補
正するための補正偏向量を算出する。算出された補正偏
向量は、偏向器制御ユニット48に供給され、これによ
り、偏向器制御ユニット48が、偏向器17、23を制
御してスポットビームをチルトさせ、X方向の入射角ず
れを補正する。これにより、図9(2)に示すように、
X方向の入射角ずれが補正された走査画像が得られる。
Next, the CPU 44 calculates coordinate data of the extracted boundary line, and obtains an interval D in the X direction. Then, the difference between the interval D and D1 shown in FIG. 10A is calculated to determine the incident angle shift amount in the X direction, and the correction deflection amount for correcting the shift amount is calculated. The calculated correction deflection amount is supplied to the deflector control unit 48, which controls the deflectors 17 and 23 to tilt the spot beam and correct the X-direction incident angle deviation. I do. Thereby, as shown in FIG. 9 (2),
A scanned image in which the incident angle shift in the X direction has been corrected is obtained.

【0031】そして、画像処理ユニット14は、CPU
44の制御下で、図9(2)に示した走査画像につい
て、境界線抽出の画像処理を実行する。該境界線に基づ
いて、CPU44は、Y方向の間隔Dを算出し、D1と
の差からY方向の入射角ずれ量を求め、補正偏向量を算
出する。CPU44は、該補正偏向量を偏向器制御ユニ
ット48に供給し、これにより、補正偏向量に従って偏
向器17、23を制御してスポットビームをチルトさ
せ、Y方向の入射角ずれを補正する。CPU44は、X
方向、Y方向の間隔DがD1に一致するまで、入射角ず
れの補正動作を繰り返す。図9(3)に入射角ずれが補
正された走査画像を示す。
The image processing unit 14 has a CPU
Under the control of 44, image processing for boundary line extraction is executed for the scanned image shown in FIG. Based on the boundary line, the CPU 44 calculates the distance D in the Y direction, obtains the amount of deviation of the incident angle in the Y direction from the difference from D1, and calculates the correction deflection amount. The CPU 44 supplies the corrected deflection amount to the deflector control unit 48, thereby controlling the deflectors 17 and 23 according to the corrected deflection amount to tilt the spot beam and correct the Y-direction incident angle shift. The CPU 44
The operation of correcting the deviation of the incident angle is repeated until the interval D in the direction and the Y direction coincides with D1. FIG. 9C shows a scanned image in which the incident angle shift has been corrected.

【0032】入射角ずれの補正が終了すると、次に入射
位置ずれの補正を行う。画像処理ユニット14は、図1
0(1)に示す走査画像(図9の(3)の画像と同一)
について、境界線抽出の画像処理を実行する。そして、
CPU44は、領域Aにおける中心0の座標と、領域B
及び領域Cにおける中心0’の座標とを算出し、中心0
の座標と中心0’の座標から、X方向の入射位置ずれ量
とY方向の入射位置ずれ量とを求め、入射位置ずれを補
正するための補正偏向量を算出する。得られた補正偏向
量に基づき、偏向器制御ユニット48は、偏向器17、
23を制御してスポットビームをX方向及びY方向にシ
フトさせ、入射位置ずれを補正する。
When the correction of the incident angle deviation is completed, the incident position deviation is corrected next. The image processing unit 14 corresponds to FIG.
Scanned image shown at 0 (1) (same as the image at (3) in FIG. 9)
, Image processing for boundary line extraction is executed. And
The CPU 44 determines the coordinates of the center 0 in the area A and the area B
And the coordinates of the center 0 ′ in the area C are calculated.
Then, the X-direction incident position deviation amount and the Y-direction incident position deviation amount are obtained from the coordinates of the center 0 ′ and the coordinates of the center 0 ′, and the correction deflection amount for correcting the incident position deviation is calculated. Based on the obtained corrected deflection amount, the deflector control unit 48 sets the deflector 17
23 is controlled to shift the spot beam in the X direction and the Y direction to correct the incident position shift.

【0033】図10(2)に入射位置ずれを補正した走
査画像を示す。領域A、領域B、領域Cの各中心が、中
心Oで一致しており、入射位置ずれが補正されている。
これで軸合わせ動作が完了する。以上のように、CPU
44で算出された入射角ずれ補正偏向量と入射位置ずれ
補正偏向量とに基づいて、偏向器17、23が一次ビー
ムをシフト及びチルトさせ、これにより、常に一次ビー
ムを縮小レンズ5の中心軸に一致させて入射させること
ができる。
FIG. 10B shows a scanned image in which the incident position shift has been corrected. The centers of the regions A, B, and C coincide at the center O, and the incident position shift is corrected.
This completes the axis alignment operation. As described above, the CPU
The deflectors 17 and 23 shift and tilt the primary beam based on the incident angle deviation correction deflection amount and the incident position deviation correction deflection amount calculated in 44, whereby the primary beam is always shifted to the central axis of the reduction lens 5. And can be made incident.

【0034】このように本実施形態では、アパーチャ板
21の開口21aを通過したビームが、縮小レンズ5の
上部電極33aにどのように照射されるかによって、基
準軸と、ビーム軸との軸ずれを検出している。したがっ
て、電子銃1と縮小レンズ5とに設置ずれが生じて、縮
小レンズ5に入射するビームの入射角や入射位置にずれ
が発生しても、偏向器17、23によって一次ビームを
チルト、シフトさせることにより、一次ビームを常に中
心軸に入射させることが可能となり、常時、収差の少な
い鮮明な画像を取得することができる。
As described above, in the present embodiment, the axis deviation between the reference axis and the beam axis depends on how the beam passing through the opening 21a of the aperture plate 21 is irradiated on the upper electrode 33a of the reduction lens 5. Has been detected. Therefore, even if the electron gun 1 and the reduction lens 5 are displaced from each other and the incident angle and the incident position of the beam incident on the reduction lens 5 are deviated, the primary beams are tilted and shifted by the deflectors 17 and 23. By doing so, the primary beam can always be made incident on the central axis, and a clear image with little aberration can always be obtained.

【0035】また、従来では、ビーム軸と縮小レンズ5
の中心軸とを厳密に一致させる設計精度が要求された
が、後からビーム軸を微調整することが可能となるた
め、制作の公差が格段に向上する。なお、アパーチャ板
21と縮小レンズ5の上部電極33aとの双方で一次ビ
ームを検出して走査画像を各々取得し、取得した2つの
走査画像を重畳表示するようにしても良い。さらに、ス
ポットビームではなく複数の二次ビームを用い、この複
数の二次ビームをマルチ開口板11又はアパーチャ板2
2に集光させる場合でも同様に、上記した軸ずれ検出及
び軸合わせ動作を行うことができる。
Conventionally, a beam axis and a reduction lens 5 are used.
Although the design precision that exactly matches the center axis of the beam was required, the fine adjustment of the beam axis can be performed later, so that the production tolerance is remarkably improved. Alternatively, the primary beam may be detected by both the aperture plate 21 and the upper electrode 33a of the reduction lens 5 to acquire a scan image, and the acquired two scan images may be superimposed and displayed. Further, a plurality of secondary beams are used instead of a spot beam, and the plurality of secondary beams are
Similarly, when the light is condensed on the axis 2, the above-described axis deviation detection and axis alignment operation can be performed.

【0036】次に、本発明の半導体デバイス製造方法に
ついて説明する。本発明の半導体デバイス製造方法は、
上記した評価装置を用いてウエハを種々の製造工程にお
いて評価しながら、半導体デバイスを製造することを特
徴としているものである。一般的な半導体デバイス製造
方法について、図11及び図12のフローチャートを参
照して説明する。図11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んでいる。
Next, the semiconductor device manufacturing method of the present invention will be described. The semiconductor device manufacturing method of the present invention
A semiconductor device is manufactured while evaluating a wafer in various manufacturing processes using the above-described evaluation apparatus. A general method for manufacturing a semiconductor device will be described with reference to the flowcharts in FIGS. As shown in FIG. 11, the semiconductor device manufacturing method is roughly divided into a wafer manufacturing step S1 for manufacturing a wafer, a wafer processing step S2 for performing a necessary processing on the wafer, and a mask required for exposure. It comprises a mask manufacturing step S3, a chip assembling step S4 for cutting out chips formed on the wafer one by one to enable operation, and a chip inspection step S5 for inspecting completed chips. Each of these steps
It includes several sub-steps.

【0037】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M
PU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 above-mentioned steps, a step that has a decisive effect on the manufacture of a semiconductor device is a wafer processing step. This means that in this process, a designed circuit pattern is formed on a wafer, and a memory or M
This is because many chips that operate as PUs are formed.
As described above, it is important to evaluate the processing state of the wafer performed in the sub-process of the wafer processing process which affects the manufacture of the semiconductor device. The sub-process will be described below.

【0038】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 serving as an insulating layer is formed, and a metal thin film for forming a wiring portion and an electrode portion is formed. The thin film is formed by CVD, sputtering, or the like. Next, the formed dielectric thin film and metal thin film, and the wafer substrate are oxidized, and using the mask or reticle created in the mask manufacturing process S3,
In a lithography process, a resist pattern is formed. Then, the substrate is processed according to a resist pattern by dry etching technology 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 step
This process is repeated for a required number of layers, and a wafer before being separated for each chip in the chip assembling step S4 is formed.

【0039】図12は、図11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4に示したように、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を含んでいる。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. 12 is a flowchart showing a lithography process which is a sub process of the wafer processing process of FIG. As shown in FIG. 4, 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 application step S21, a resist is applied on the wafer on which the circuit pattern has been formed using CVD or sputtering, and in the exposure step S22, the applied resist is exposed. Then, in a developing step S23, the exposed resist is developed to obtain a resist pattern,
In the annealing step S24, the developed resist pattern is annealed and stabilized. These steps S21
Steps S24 to S24 are repeatedly performed by the required number of layers.

【0040】本発明の半導体デバイス製造方法において
は、上記説明した評価装置を、完成したチップを検査す
るチップ検査工程S5において用いることにより、微細
なパターンを有する半導体デバイスであっても、歪み、
ぼけ等が低減された画像を得ることができるので、ウエ
ハの欠陥を確実に検出することができる。なお、評価装
置が近傍に配置される加工装置は、評価を必要とする加
工を行うものであれば、どのような加工装置であっても
よい。
In the method of manufacturing a semiconductor device according to the present invention, the evaluation apparatus described above is used in a chip inspection step S5 for inspecting a completed chip, so that even a semiconductor device having a fine pattern can be distorted.
Since an image with reduced blur and the like can be obtained, a defect of the wafer can be reliably detected. Note that the processing device in which the evaluation device is disposed in the vicinity may be any processing device as long as it performs a process requiring evaluation.

【0041】[0041]

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係る第1
の実施例の電子ビーム装置では、第1のマスクを介して
制限された電子ビームが、第2のマスクにどのように照
射されるかによって、ビーム軸の入射角ずれや入射位置
ずれを検出することができる。本発明に係る第2の実施
例の電子ビーム装置では、電子ビームが第2のマスクに
照射される際に、その照射箇所から発生する二次電子、
反射電子を、第1のマスクによって検出することができ
る。したがって、第1のマスクは、電子検出手段を兼用
しているため、構成要素を削減することができ、装置の
構成を簡素化することができる。本発明に係る第3の実
施例の電子ビーム装置では、第2のマスクが、直接照射
される電子ビームの電子を検出することができる。した
がって、第2のマスクは、電子検出手段を兼用している
ため、構成要素を削減することができ、装置の構成を簡
素化することができる。
As described above, the first embodiment according to the present invention is described.
In the electron beam apparatus according to the first embodiment, the incident angle shift and the incident position shift of the beam axis are detected depending on how the electron beam restricted via the first mask is irradiated on the second mask. be able to. In the electron beam apparatus according to the second embodiment of the present invention, when the electron beam is irradiated on the second mask, the secondary electrons generated from the irradiated area,
Backscattered electrons can be detected by the first mask. Therefore, since the first mask also serves as the electron detecting means, the number of components can be reduced, and the configuration of the device can be simplified. In the electron beam apparatus according to the third embodiment of the present invention, the second mask can detect the electrons of the directly irradiated electron beam. Therefore, since the second mask also serves as the electron detecting means, the number of components can be reduced, and the configuration of the device can be simplified.

【0042】電子ビームの軸合わせ方法では、第1のマ
スクを介して制限された電子ビームが、第2のマスクに
どのように照射されるかによって、基準軸とビーム軸と
の軸ずれを検出することができる。このように本発明を
適用した電子ビーム装置では、電子ビームの軸合わせ
を、入射角及び入射位置の双方について行うことができ
るため、必ず電子ビームを偏向器や電子レンズの中心位
置に通過させることができ、偏向器や電子レンズの収差
を抑制することができる。また、経年変化が起こっても
後から軸合わせ調整することが可能なため、長期の使用
に耐える安定した電子ビーム装置を実現することができ
る。
In the method of aligning the electron beam, the deviation between the reference axis and the beam axis is detected based on how the electron beam restricted via the first mask is irradiated on the second mask. can do. As described above, in the electron beam apparatus to which the present invention is applied, since the axis alignment of the electron beam can be performed for both the incident angle and the incident position, the electron beam always passes through the center position of the deflector and the electron lens. Thus, aberrations of the deflector and the electron lens can be suppressed. In addition, since the axial alignment can be adjusted later even if aging occurs, a stable electron beam device that can withstand long-term use can be realized.

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

【図1】本発明の原理ブロック図である。FIG. 1 is a principle block diagram of the present invention.

【図2】本発明の原理ブロック図である。FIG. 2 is a principle block diagram of the present invention.

【図3】本発明の原理ブロック図である。FIG. 3 is a principle block diagram of the present invention.

【図4】本発明に係る電子ビーム装置の実施形態の全体
構成図である。
FIG. 4 is an overall configuration diagram of an embodiment of an electron beam device according to the present invention.

【図5】アパーチャ板周辺の拡大図である。FIG. 5 is an enlarged view around an aperture plate.

【図6】スポットビームの走査画像を示す図である。、FIG. 6 is a diagram showing a scanned image of a spot beam. ,

【図7】入射角ずれを説明する図である。FIG. 7 is a diagram illustrating an incident angle shift.

【図8】入射位置ずれを説明する図である。FIG. 8 is a diagram for explaining an incident position shift.

【図9】軸合わせ動作を説明する図である。FIG. 9 is a diagram illustrating an axis alignment operation.

【図10】軸合わせ動作を説明する図である。FIG. 10 is a diagram illustrating an axis alignment operation.

【図11】本発明に係る評価装置を適用して半導体デバ
イスを製造する方法のフローチャートである。
FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing a semiconductor device by applying the evaluation device according to the present invention.

【図12】図11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のフローチャートで
ある。
FIG. 12 is a flowchart of a lithography step which is a sub-step of the wafer processing step shown in FIG. 11;

【図13】従来の電子ビーム装置の構成図である。FIG. 13 is a configuration diagram of a conventional electron beam device.

【図14】従来の軸合わせ動作を説明する図である。FIG. 14 is a diagram illustrating a conventional axis alignment operation.

【図15】従来の軸合わせ動作を説明する図である。FIG. 15 is a diagram illustrating a conventional axis alignment operation.

【図16】入射角にずれがあった場合を説明する図であ
る。
FIG. 16 is a diagram illustrating a case where there is a deviation in the incident angle.

───────────────────────────────────────────────────── 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 37/28 H01L 21/66 J H01L 21/66 G01R 31/28 L (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) 2G132 AA00 AF13 AL11 4M106 AA01 AA02 BA02 CA38 DB04 DB05 DB12 DB18 DB30 DJ01 DJ20 5C030 AA07 AB02 AB06 5C033 FF10 JJ07 MM07 UU04 UU10──────────────────────────────────────────────────の Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01J 37/28 H01L 21/66 J H01L 21/66 G01R 31/28 L 11-1 Haneda Asahimachi, Ota-ku Ebara Meister Co., Ltd. (72) Inventor Shinji Noji 11-1 Haneda Asahimachi, Ota-ku, Tokyo Ebara Corporation (72) Inventor Toru Satake Haneda, Ota-ku, Tokyo 11-1 Asahicho EBARA CORPORATION F-term (reference) 2G132 AA00 AF13 AL11 4M106 AA01 AA02 BA02 CA38 DB04 DB05 DB12 DB18 DB30 DJ01 DJ20 5C030 AA07 AB02 AB06 5C033 FF10 JJ07 MM07 UU04 UU10

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電子ビーム装置において、 複数の電子ビームを試料面上に照射する照射手段と、 電子源と試料との間に配置され、電子ビームが通過する
第1の開口を有する第1のマスクと、 第1の開口を通過した電子ビームが通過する第2の開口
を有するレンズ等の光学部品と、 電子源と第1の開口との間に配置され、電子源から照射
される電子ビームを偏向する偏向手段と、 偏向手段によって電子ビームが第1の開口を走査する際
に、該第1の開口を通過する電子ビームのうち、第2の
開口に照射される電子ビームを検出する電子検出手段
と、 電子検出手段により検出された電子の分布に基づいて、
照射手段のビーム軸と第1及び第2の開口の中心を通る
基準軸との軸ずれを検出する軸ずれ検出手段と、 試料から放出された二次電子を検出器群に導く二次光学
系と を有し、複数の電子ビームは、互いに二次光学系の距離
分解能より離れた位置に照射されることを特徴とする電
子ビーム装置。
1. An electron beam apparatus, comprising: an irradiation unit for irradiating a plurality of electron beams onto a sample surface; and a first opening disposed between an electron source and the sample and having a first opening through which the electron beams pass. A mask, an optical component such as a lens having a second opening through which the electron beam passing through the first opening passes, and an electron beam disposed between the electron source and the first opening and irradiated from the electron source Deflecting means for deflecting the electron beam, and, when the electron beam scans the first opening by the deflecting means, an electron for detecting an electron beam irradiated to the second opening among the electron beams passing through the first opening. Detecting means, based on a distribution of electrons detected by the electron detecting means,
Axis shift detecting means for detecting an axis shift between a beam axis of the irradiating means and a reference axis passing through the centers of the first and second openings; a secondary optical system for guiding secondary electrons emitted from the sample to a group of detectors And an electron beam apparatus, wherein the plurality of electron beams are applied to positions separated from each other by a distance resolution of a secondary optical system.
【請求項2】 請求項1記載の電子ビーム装置におい
て、第2の開口は、電子検出手段を兼用しており、直接
照射される電子ビームの電子を検出することを特徴とす
る電子ビーム装置。
2. An electron beam apparatus according to claim 1, wherein said second aperture also serves as an electron detecting means, and detects electrons of an electron beam directly irradiated.
【請求項3】 請求項1又は2記載の電子ビーム装置に
おいて、該電子ビーム装置の一次光学系に、開口数NA
を決めるための開口部が設けられており、該開口部が第
1のマスクに相当することを特徴とする電子ビーム装
置。
3. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein a numerical aperture NA is provided in a primary optical system of the electron beam apparatus.
An electron beam apparatus, comprising: an opening for determining the size of the first mask; and the opening corresponds to a first mask.
【請求項4】 請求項1〜3いずれかに記載の電子ビー
ム装置における電子ビームの軸ずれを検出する方法であ
って、 電子ビームで第1の開口を走査し、 第1の開口を通過する電子ビームのうち、第1の開口と
同軸の第2の開口を有するレンズ等の光学部品に照射さ
れる電子を検出し、 検出された電子の分布に基づいて、照射手段のビーム軸
と第1及び第2の開口の中心を通る基準軸との軸ずれを
検出することを特徴とする電子ビームの軸ずれ検出方
法。
4. A method for detecting an axial deviation of an electron beam in the electron beam apparatus according to claim 1, wherein the electron beam scans a first opening and passes through the first opening. An electron beam, which is irradiated on an optical component such as a lens having a second opening coaxial with the first opening, is detected from the electron beam, and based on a distribution of the detected electrons, a beam axis of the irradiation unit and a first axis are detected. And detecting an axis deviation from a reference axis passing through the center of the second opening.
【請求項5】 請求項1〜3いずれかに記載の電子ビー
ム装置を用いて、プロセス途中あるいは終了後のウエハ
の評価を行う工程を含んでいることを特徴とする半導体
デバイス製造方法。
5. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of evaluating a wafer during or after a process using the electron beam apparatus according to claim 1.
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