JP2002216692A - 荷電粒子線装置及びそのような装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 厚肉レンズを正確に軸合わせする。 【解決手段】 荷電粒子線を対象に結像させる、荷電粒
子線装置において荷電粒子線の入射順に第１、第２及び
第３の少なくとも３枚の軸対称電極（４，５，６）を備
えた対物レンズ（８）と、対物レンズに入射する荷電粒
子線を各々偏向するため該対物レンズの前段に配置され
た２段以上の偏向器（２，３）と、を含み、２段以上の
偏向器は、第１及び第２の軸対称電極間に印加される電
位差を変化させたときの対物レンズを出た主光線の変化
を実質的に最小にし、且つ、第２及び第３の軸対称電極
間に印加される電位差を変化させたときの対物レンズを
出た主光線の変化を実質的に最小にするように、対物レ
ンズの軸合わせを行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を電子
光学的に対象に結像させる荷電粒子線装置、及び、当該
装置を用いて試料の欠陥検査等の評価を行うデバイス製
造方法に関する。

【０００２】

【従来技術】半導体ウェーハやマスク等の試料の欠陥検
出方法として、複数の細く絞った電子線等のプローブで
試料上を同時走査して該試料から発生する二次電子を検
出器で検出することにより、高分解能、高スループット
で欠陥を検出する技術が知られている。この技術では、
１つの電子銃から放出した一次電子線を複数の開口を備
えたマルチ開口板を通過させることにより複数の電子ビ
ームを形成する。そして、これらの電子ビームを一次光
学系を介して試料に結像させて複数の照射スポットを形
成し、偏向器を用いて各照射スポットを試料の検査面上
で走査する。次に、各照射スポットから発生した二次電
子を、二次光学系を介してマルチ検出器に結像させ、試
料の画像信号を得ている。

【０００３】このような電子線装置における電子線の軸
合わせとして、例えば、次の方法が知られている。即
ち、その配置位置における電子線の直径より大きい径の
円形アパーチャを有する軸合わせ用のアパーチャマスク
と、電子線の偏向器と、を用意する。この軸合わせ用の
アパーチャマスクを、電子線を軸合わせしようとする位
置に、そのアパーチャ中心を一致して配置し、このマス
クより更に電子線源側に、電子線をアパーチャ中心に偏
向するため上記偏向器を配置する。次に、偏向器により
電子線をアパーチャマスク上で走査し、該マスクから反
射したビーム及びマスクを通過したビームの強度を検出
することによって、アパーチャのエッジ位置を正確に測
定する。そして、この測定されたエッジ位置からアパー
チャ中心位置を求め、偏向器により電子線の軸を、求め
られたアパーチャ中心位置に一致させる、というもので
ある。この軸合わせ方法では、レンズが薄肉であった
り、或いは、その他の電子光学部品が光軸方向に薄い場
合には、特に有効であると考えられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、対象と
するレンズが厚肉であったり、又は、レンズ以外の電子
光学部品が光軸方向に厚い場合、上記従来の軸合わせ方
法のようにレンズ等の中心を主光線が通過させるように
するのみでは軸合わせが完全ではなく、レンズ軸に沿っ
て主光線が通過するように軸合わせを行う必要がある。

【０００５】電子線が上記説明のようにマルチビームに
なったり、或いは、いわゆる写像投影型の電子線装置を
用いる場合、厚肉レンズを使用した方が低収差にできる
場合があり、よって、このようなレンズへの軸合わせも
重要となる。

【０００６】本発明は、上記事実に鑑みなされたもの
で、荷電粒子線を電子光学的に対象に投影する荷電粒子
線装置において、厚肉レンズやその他の光軸方向に厚い
電子光学部品を使用した場合であっても、そのレンズ軸
に沿って主光線を正確に軸合わせすることができる、荷
電粒子線装置を提供することを目的とする。

【０００７】更に、本発明は、この荷電粒子線装置を用
いて製造途中又は完成品の半導体デバイスを評価するこ
とによって、評価精度の向上及びデバイス製造の時間短
縮を図ったデバイス製造方法を提供することを別の目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１の態様は、荷電粒子線を対象に結像さ
せる、荷電粒子線装置であって、荷電粒子線の入射順に
第１、第２及び第３の少なくとも３枚の軸対称電極を備
えたレンズと、レンズに入射する荷電粒子線を各々偏向
するためレンズの前段に配置された２段以上の偏向器
と、を含み、２段以上の偏向器は、第１及び第２の軸対
称電極間に印加される電位差を変化させたときのレンズ
を出た主光線の変化を実質的に最小にし、且つ、第２及
び第３の軸対称電極間に印加される電位差を変化させた
ときのレンズを出た主光線の変化を実質的に最小にする
ように、レンズの軸合わせをなしたことを特徴とする。

【０００９】本発明の第１の態様では、好ましくは、２
段以上の偏向器を制御する電源を更に備え、該電源は、
第１及び第２の軸対称電極間の特定の光軸方向位置を第
１の偏向主点とする２段以上の偏向器の偏向感度比の第
１のモードと、第２及び第３の軸対称電極間の特定の光
軸方向位置を第２の偏向主点とする前記２段以上の偏向
器の偏向感度比の第２のモードを有する。第１のモード
において、第１及び第２の軸対称電極間に印加される電
位差を変化させたときのレンズを出た主光線の変化を実
質的に最小にするようにレンズの軸合わせを行い、第２
のモードにおいて、第２及び第３の軸対称電極間に印加
される電位差を変化させたときのレンズを出た主光線の
変化を実質的に最小にするように、レンズの軸合わせを
行う。これによって、荷電粒子線は、レンズの第１及び
第２の偏向主点を結ぶ軸、即ち当該レンズの理想的な光
軸を通過する。

【００１０】本発明の第２の態様は、少なくとも２極の
軸対称電極を備えたレンズと、レンズに入射する荷電粒
子線を各々偏向するためレンズの前段に配置された２段
以上の偏向器と、を含み、２段以上の偏向器は、入射側
の軸対称電極に印加される電位を変化させたときのレン
ズを出た主光線の変化を実質的に最小にし、且つ、出射
側の軸対称電極に印加される電位を変化させたときのレ
ンズを出た主光線の変化を実質的に最小にするように、
レンズの軸合わせをなしたことを特徴とする。

【００１１】本発明の第２の態様では、好ましくは、２
段以上の偏向器を制御する電源を更に備え、該電源は、
入射側の軸対称電極の特定の光軸方向位置を第１の偏向
主点とする２段以上の偏向器の偏向感度比の第１のモー
ドと、出射側の軸対称電極の特定の光軸方向位置を第２
の偏向主点とする２段以上の偏向器の偏向感度比の第２
のモードとを有する。第１のモードにおいて、入射側の
軸対称電極に印加される電位を変化させたときのレンズ
を出た主光線の変化を実質的に最小にするように軸合わ
せを行い、第２のモードにおいて、出射側の軸対称電極
に印加される電位を変化させたときのレンズを出た主光
線の変化を実質的に最小にするように、レンズの軸合わ
せを行う。これによって、荷電粒子線は、レンズの第１
及び第２の偏向主点を結ぶ軸、即ち当該レンズの理想的
な光軸を通過する。

【００１２】本発明の第１及び第２の態様は、試料を評
価するため構成された、いわゆる走査型の荷電粒子線装
置に適用することができる。この走査型の荷電粒子線装
置は、一次荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、放出さ
れた一次荷電粒子線を集束してクロスオーバーを形成す
るコンデンサレンズと、コンデンサレンズ及びクロスオ
ーバーの結像点の間に配置され、該コンデンサレンズを
通過した一次荷電粒子線から複数のビームを形成させる
複数の開口を有するビーム形成手段と、複数の開口を各
々通過した複数のビームを試料に縮小結像させる結像光
学系と、試料に結像された複数のビームの各照射スポッ
トが該試料上で走査されるように、該複数のビームを偏
向させる偏向手段と、試料面上で走査される複数のビー
ムの各照射スポットから放出された複数の二次荷電粒子
線の強度を各々検出する検出手段と、を更に含み、結像
光学系は、少なくとも第１及び第２の態様にかかるレン
ズ及び２段以上の偏向器を備える。好ましくは、該レン
ズにおいて、軸対称電極の電極間隔比に対するボーア径
の比を１／３以下にするのがよい。これにより、収差係
数を小さくすることができる。

【００１３】上記のように良好に軸合わせがなされた収
差の小さい厚いレンズを備えた荷電粒子線装置を用い
て、プロセス途中又は完成品のウェーハを評価する工程
を含む、デバイス製造方法が実施できる。

【００１４】本発明の他の態様及び作用効果は、以下の
説明によって更に明らかとなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の各実施形態を説明する。 （第１の実施形態；電子線装置（３つの対物レンズ電極
の場合））図１には、本発明の第１の実施形態に係る電
子線装置における軸合わせに関連する部分の拡大図が示
されている。同図に示すように、この電子線装置は、図
示しない電子線源から放出された電子線を試料７に結像
させるため、前段レンズ１と試料７との間に、３枚の軸
対称の対物レンズ電極４、５、６を１組として対物レン
ズ系８を構成している。これらの対物レンズ電極４、
５、６には、電子線を通過させるためのボーア（孔：bo
re）が中央に各々形成されている。

【００１６】また、本電子線装置では、対物レンズ系８
に入射する電子線を偏向させて、その軸合わせを行うた
め、前段レンズ１と対物レンズ電極４との間に、偏向器
２及び３を２段設けている。電子線を試料面上で２次元
走査するため、対物レンズ電極６と試料７との間に、偏
向器１１を１段設けている。これらの電子光学部品は、
図示しない電源により制御される。なお、試料７の走査
面上には、位置合わせ用のマーカ１２が形成されてい
る。

【００１７】ここで、対物レンズ系８のアスペクト比を
Ａ_o＝Ｌ／Ｄと定義する。図示のように、Ｌは、最初の
対物レンズ電極４から最後の対物レンズ電極６までの間
隔、Ｄは、最もボーア径の小さい対物レンズ電極のボー
ア径（図の例では、電極６のもの）である。

【００１８】軸合わせは、偏向器２及び３の電圧を変え
て偏向角度を様々に調整して行うが、このときの偏向器
２の偏向感度をθ₁、偏向器３の偏向感度をθ₂とする。
更に、偏向器２及び３の偏向中心間隔をａ、この偏向器
３の偏向中心と、対物レンズ電極４及び５のほぼ中点と
の間の間隔をｂ、対物レンズ電極４及び５のほぼ中点
と、対物レンズ電極５及び６のほぼ中点との間の間隔を
ｃと定義する。電極４及び５のほぼ中点は、これら電極
間のレンズ中心１３の軸方向高さの点、電極５及び６の
ほぼ中点は、これら電極間のレンズ中心１４の軸方向高
さの点に相当する。なお、中点に「ほぼ」と形容したの
は、図示のように、完全に電極間の中点とは限らず、い
ずれかの電極のボーア径が小さい場合には、この位置は
完全な中点から小さい側の電極に移動するからである。

【００１９】次に、本実施形態の電子線装置における対
物レンズ電極４、５、６の軸合わせの手順を説明する。
なお、この軸合わせにおいて、偏向器２及び３の感度比
（θ ₂／θ₁）が、０、（ａ＋ｂ）、（ａ＋ｂ＋ｃ）／
（ｂ＋ｃ）の３種類のうち任意モードの感度比となるよ
うに偏向器２及び３を制御する電源のモードが設定され
ている。

【００２０】先ず、感度比（θ₂／θ₁）を０に設定した
第１のモードで軸合わせを行う。対物レンズ系８を通過
して試料７の面上に結像される電子線を、偏向器１１で
２次元走査し、発生した二次電子線を図示しない検出器
で検出することによって、マーカ１２の位置を測定す
る。このとき、電極４の電圧を小変化させたときの上記
マーカ１２の位置の変化が最小になるように、感度比
（θ₂／θ₁）が０を保った状態で軸合わせを行う。

【００２１】次に、感度比（θ₂／θ₁）を（ａ＋ｂ）／
ｂに設定した第２のモードで軸合わせを行う。今回は、
電極６の電圧を小変化させたとき測定されたマーカ位置
の変化が最小になるよう、感度比（θ₂／θ₁）が（ａ＋
ｂ）／ｂの比を保った状態で偏向器２及び３の電圧を連
動して変えて軸合わせを行う。

【００２２】以上の軸合わせで電極４及び５によるレン
ズ中心１３と、電極５及び６によるレンズ中心１４を通
る軸１５に、軸合わせが完了する。即ち、偏向器２及び
３を通過した電子線は、対物レンズ系８の理想的な光軸
１５を略通過する。

【００２３】軸合わせをより確実にするため、感度比
（θ₂／θ₁）を（ａ＋ｂ＋ｃ）／（ｂ＋ｃ）に設定した
第３のモードで、更に軸合わせを行うのが好ましい。こ
の場合、電極４の電圧を小変化させたとき測定されたマ
ーカ位置の変化が最小になるよう、感度比（θ₂／θ₁）
が（ａ＋ｂ＋ｃ）／（ｂ＋ｃ）の比を保った状態で偏向
器２及び３の電圧を連動して変えて軸合わせを行う。 （第２の実施形態；電子線装置（バイポテンシャルレン
ズ）次に第２の実施形態に係る、軸合わせされた電子線
装置を説明する。なお、第１の実施形態と同様の構成要
件については同一の符号を附して詳細な説明を省略す
る。

【００２４】第２の実施形態は、対物レンズ系として、
２つの対物レンズ電極２５及び２６から構成されたバイ
ポテンシャルレンズ２０を用いる。バイポテンシャルレ
ンズ２０において、点２３は、対物レンズ電極２５によ
るレンズ中心、点２４は、対物レンズ電極２６によるレ
ンズ中心である。軸１５は、バイポテンシャルレンズ２
０の理想的な光軸である。

【００２５】軸合わせの手順は、基本的に、第１の実施
形態と同様にして行う。 （第３の実施形態；半導体デバイスの電子線評価装置
（走査型））第１及び第２の実施形態に従って軸合わせ
された光学系をいわゆる走査型の半導体デバイスの電子
線評価装置に適用した例を、第３の実施形態として図３
に示す。

【００２６】図３に示す電子線装置において、電子銃５
１のカソード５２は、８個のエミッターが一例に並んで
構成される。各エミッターは先端が３０μｍＲ程度に尖
っているため、高輝度の８本の一次電子ビームを放出す
る。該一次電子ビームをコンデンサレンズ５３で集束
し、クロスオーバーを形成する。この途中に、８個の開
口を一列状に有する開口板５４を設け、これらの開口を
各々通過したマルチビームを２段の縮小レンズ５５、５
７と、対物レンズ６０とで縮小し、ターゲットの試料６
１上に結像させて８個の照射スポットを形成する。Ｅ×
Ｂ分離器５９は、マルチビームの焦点面３８から離れた
場所に設けられたので、一次電子ビームが静電偏向で左
へ５°、電磁偏向で右へ１０°、トータルで５°右へ偏
向されるように構成し、一次電子ビームの色収差が発生
しないようにした。８本のマルチビームを試料上で走査
するのは、偏向器６６及びＥ×Ｂ分離器５９が行う。

【００２７】試料６１の照射スポットから各々放出され
た二次電子は、Ｅ×Ｂ分離器５９によって、静電偏向で
右へ６°、電磁偏向で右へ１３°程度偏向されるので、
トータルで１９°右へ偏向され、一次電子ビームから分
離される。二次電子ビームは、拡大レンズ６２及び６３
で拡大され、開口板５４の開口に対応する８個の孔を持
つ検出孔板６４に合焦される。夫々の孔を通過した二次
電子ビームは、対応する検出素子６５で検出される。検
出素子６５は、図示しない画像処理装置に接続され、該
画像処理装置は、各検出素子の出力に基づいて試料の二
次電子線による試料６１の画像を得る。

【００２８】対物レンズ６０は、図１に示した３枚１組
の対物レンズ電極、及び図２に示したバイポテンシャル
レンズのいずれかを用いている。この対物レンズ６０
は、軸外のビームも収差を小さくして試料面上に結像さ
せる必要があるので、図１又は図２に示した、電極間距
離Ｌとボーア径Ｄとの比Ｌ／Ｄを４．０以上、好ましく
は５．０以上とした場合に収差係数を小さくすることが
できる。

【００２９】本評価装置による各種評価の例を以下に示
す。パターンマッチングによるウェーハ６１のパターン
欠陥検査法では、本評価装置を制御する図示しない制御
部は、メモリに予め蓄えられていた欠陥の存在しないウ
ェーハの二次電子線基準画像と、実際に検出された二次
電子線画像とを比較照合し、両者の類似度を算出する。
例えば、類似度が閾値以下になった場合、「欠陥有り」
と判定し、閾値を超える場合には「欠陥無し」と判定す
る。このとき、図示しないＣＲＴに検出画像を表示して
もよい。これによって、オペレータは、ウェーハ６１が
どの程度の数の欠陥を持つかを最終的に確認、評価する
ことができる。更に、画像の部分領域毎を比較照合し、
欠陥が存在する領域を自動的に検出してもよい。このと
き、欠陥部分の拡大画像をＣＲＴに表示するのも好適で
ある。

【００３０】また、同じダイを多数有するウェーハの場
合、上記のように基準画像を用いる必要無しに、検出さ
れたダイ同士の検出画像を比較することによっても欠陥
部分を検出できる。例えば、図４（ａ）には、１番目に
検出されたダイの画像３１及び２番目に検出された他の
ダイの画像３２が示されている。ダイ画像３１とダイ画
像３２と非類似であり、３番目に検出された別のダイの
画像が１番目の画像３１と同じか又は類似と判断されれ
ば、２番目のダイ画像３２が欠陥を有すると判定され
る。更に詳細な比較により、２番目のダイ画像３２の欠
陥部分３３を検出できる。このとき、検出画像をＣＲＴ
２５に表示すると共に欠陥部分と判定された部分をマー
ク表示してもよい。

【００３１】図４（ｂ）には、ウェーハ上に形成された
パターンの線幅を測定する例が示されている。ウェーハ
上の実際のパターン３４を３５の方向に走査したときの
実際の二次電子の強度信号が３６であり、この信号が予
め較正して定められたスレッショールドレベル３７を連
続的に超える部分の幅３８をパターン３４の線幅として
測定することができる。このように測定された線幅が所
定の範囲内にない場合、当該パターンが欠陥を有すると
判定することができる。

【００３２】図４（ｂ）の線幅測定法は、ウェーハ６１
が複数の層から形成されているときの各層間の合わせ精
度の測定にも応用することができる。例えば、一層目の
リソグラフィで形成される第１のアライメント用パター
ンの近傍に、２層目のリソグラフィで形成される第２の
アライメント用パターンを予め形成しておく。これらの
２本のパターン間隔を図４（ｂ）の方法を応用して測定
し、その測定値を設計値と比較することにより２層間の
合わせ精度を決定することができる。勿論、３層以上の
場合にも適用することができる。この場合、第１及び第
２のアライメント用パターンの間隔を、一次電子マルチ
ビームの隣接するビーム間間隔とほぼ等しい間隔に取っ
ておけば、最小の走査量で合わせ精度を測定できる。

【００３３】図４（ｃ）には、ウェーハ上に形成された
パターンの電位コントラストを測定する例が示されてい
る。図３の電子線評価装置において、対物レンズ６０と
ウェーハ６１との間に軸対称の電極３９を設け、例えば
ウェーハ電位０Ｖに対して−１０Ｖの電位を与えてお
く。このときの−２Ｖの等電位面は４０で示されるよう
な形状とする。ここで、ウェーハに形成されたパターン
４１及び４２は、夫々−４Ｖと０Ｖの電位であるとす
る。この場合、パターン４１から放出されたニ次電子は
−２Ｖ等電位面４０で２ｅＶの運動エネルギーに相当す
る上向きの速度を持っているので、このポテンシャル障
壁４０を越え、軌道４３に示すように電極３９から脱出
し、検出器１２で検出される。一方、パターン４２から
放出された二次電子は−２Ｖの電位障壁を越えられず、
軌道４４に示すようにウェーハ面に追い戻されるので、
検出されない。従って、パターン４１の検出画像は明る
く、パターン４２の検出画像は暗くなる。かくして、ウ
ェーハ６１の被検査領域の電位コントラストが得られ
る。検出画像の明るさと電位とを予め較正しておけば、
検出画像からパターンの電位を測定することができる。
そして、この電位分布からパターンの欠陥部分を評価す
ることができる。

【００３４】図３において、コンデンサレンズ５３とマ
ルチ開口板５４との間に図示しないブランキング偏向器
を設け、この偏向器によって一次電子線をクロスオーバ
ー結像点近傍に設けられたナイフエッジ状ビームストッ
パーに所定周期で偏向させ、当該ビームを短時間のみ通
して他の時間は遮断することを繰り返すことによって、
短いパルス幅のビーム束を作ることが可能となる。この
ような短パルス幅ビームを用いて上記したようなウェー
ハ上の電位測定等を行えば、高時間分解能でデバイス動
作を解析可能となる。即ち、本電子線装置をいわゆるＥ
Ｂテスターとして使用することができる。

【００３５】本実施形態では、第１及び第２の実施形態
で示したように、収差補正能力の優れた厚みのある対物
レンズ６０の軸合わせを行っているため、収差の少ない
二次電子画像が得られ、よって、上記各評価を高精度で
実行することができる。（第４の実施形態；半導体デバ
イスの製造方法）本実施形態は、上記第３の実施形態で
示した電子線装置を半導体デバイス製造工程におけるウ
ェーハの評価に適用したものである。

【００３６】デバイス製造工程の一例を図５のフローチ
ャートに従って説明する。この製造工程例は以下の各主
工程を含む。 ウェーハ６１を製造するウェーハ製造工程（又はウ
ェハを準備する準備工程）（ステップ１００） 露光に使用するマスクを製作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）（ステップ１
０１） ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッ
シング工程（ステップ１０２） ウェー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（ステップ１
０３） 組み立てられたチップを検査するチップ検査工程
（ステップ１０４）なお、各々の工程は、更に幾つかの
サブ工程からなっている。

【００３７】これらの主工程の中で、半導体デバイスの
性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェーハプロセッ
シング工程である。この工程では、設計された回路パタ
ーンをウェーハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして
動作するチップを多数形成する。このウェーハプロセッ
シング工程は以下の各工程を含む。 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） 形成された薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工
程 薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するために
マスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成
するリソグラフィー工程 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） イオン・不純物注入拡散工程 レジスト剥離工程 加工されたウェーハを検査する検査工程 なお、ウェー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。

【００３８】上記ウェー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図６のフローチャートに示
す。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。 前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ上
にレジストをコートするレジスト塗布工程（ステップ２
００） レジストを露光する露光工程（ステップ２０１） 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（ステップ２０２） 現像されたパターンを安定化させるためのアニール
工程（ステップ２０３）以上の半導体デバイス製造工
程、ウェーハプロセッシング工程、リソグラフィー工程
には周知の工程が適用される。

【００３９】上記のウェーハ検査工程において、本発
明の上記第３実施形態に係る評価装置を用いた場合、微
細なパターンを有する半導体デバイスでも、高スループ
ットで高精度に評価することができるので、製品の歩留
向上及び欠陥製品の出荷防止が可能となる。

【００４０】以上が上記各実施形態であるが、本発明
は、上記例にのみ限定されるものではない。例えば、４
枚以上のレンズ電極からなる対物レンズ系や３つ以上の
偏向主点を有する偏向系ポテンシャルレンズにおいて
も、本発明の軸合わせ方法を拡大適用することによっ
て、高精度の軸合わせが実現できる。

【００４１】また、第３の実施形態では、マルチビーム
型の電子線装置を適用例として掲げたが、いわゆる写像
投影型の電子線装置に、本発明に従って軸合わせをした
対物レンズを用いてもよい。また、適用対象も電子線を
試料に投影するための対物レンズに限定されず、任意の
電子光学部品、例えば検出器側に結像させるレンズ系に
も適用することができる。更には、試料の評価装置のみ
に限られず、電子線を対象に結像させる電子線装置一般
にも用いることができる。

【００４２】また、被検査試料として半導体ウェーハを
例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定され
ず、電子線によって欠陥を検出可能なパターン等が形成
された任意の試料、例えばマスク等を評価対象とするこ
とができる。

【００４３】更に、ウェーハのパターンを検査すること
ができれば、電子以外の荷電粒子を用いてもよい。

【００４４】

【発明の効果】以上詳細に説明したように本発明の荷電
粒子線装置によれば、厚肉レンズやその他の光軸方向に
厚い電子光学部品を使用した場合であっても、そのレン
ズ軸に沿って主光線を正確に軸合わせすることができ
る、という優れた効果が得られる。

【００４５】更に本発明のデバイス製造方法によれば、
より低収差の厚レンズを高精度に軸合わせされた上記荷
電粒子線装置を用いてプロセス途中又は完成品のウェー
ハを高精度に評価できるようになったので、デバイス製
造の歩留まりを向上させると共に、欠陥製品の出荷を未
然に防止することができる。という優れた効果が得られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る電子線装置にお
ける軸合わせに関連する部分の拡大図である。

【図２】本発明の第２の実施形態に係る電子線装置にお
ける軸合わせに関連する部分の拡大図である。

【図３】第１及び第２の実施形態に従って軸合わせされ
た対物レンズを備えた、走査型の半導体デバイスの電子
線評価装置の概略構成図である。

【図４】本発明に係るウェーハ検査方法を説明する図で
あって、（ａ）はパターン欠陥検出、（ｂ）は線幅測
定、（ｃ）は電位コントラスト測定を夫々示す。

【図５】半導体デバイス製造プロセスを示すフローチャ
ートである。

【図６】図５の半導体デバイス製造プロセスのうちリソ
グラフィープロセスを示すフローチャートである。

【符号の説明】

１ 前段レンズ ２、３偏向器（軸合わせ装置） ４ 電子側電極（第１の電極） ５ 中央電極（第２の電極） ６ 試料側電極（第３の電極） ７ 試料（半導体ウェーハ） ８ 対物レンズ １１ 走査偏向器 １２ マーク １３ 電極４，５の中心（第１の偏向主点） １４ 電極５，６の中心（第２の偏向主点） ２３ 電極２５の中心（第１の偏向主点） ２４ 電極２６の中心（第２の偏向主点） ２５，２６ バイポテンシャルレンズの電極 ３１ １番目のダイでの検出画像 ３２ ２番目のダイでの検出画像 ３３ ダイの欠陥部分 ３４ パターン ３５ 走査方向範囲 ３６ 二次電子強度信号 ３７ スレッショールドレベル ３８ 線幅 ３９ 軸対称電極 ４０ ２Ｖの等電位面 ４１ 低ポテンシャルパターン ４２ 高ポテンシャルパターン ４３ 低ポテンシャルパターンからの二次電子軌道 ４４ 高ポテンシャルパターンからの二次電子軌道 ５１ 電子銃 ５４ マルチ開口板 ５５ 第１の縮小レンズ ５６ マルチビームの第１縮小像 ５７ 第２の縮小レンズ ５８ マルチビームの第２縮小像 ５９ Ｅ×Ｂ分離器 ６０ 対物レンズ ６１ 半導体ウェーハ ６２，６３ 拡大レンズ（二次光学系） ６４ 検出器側マルチ開口板 ６５ 検出器

───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｇ２１Ｋ 5/04 Ｇ２１Ｋ 5/04 Ｗ Ｈ０１Ｊ 37/12 Ｈ０１Ｊ 37/12 37/28 Ｂ 37/28 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） 2G011 AA01 AC06 AE03 2G132 AA00 AD15 AE04 AE16 AF13 2H095 BD14 BD20 5C033 CC02 FF03 UU01 UU02

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電粒子線を対象に結像させる、荷電粒
   子線装置であって、前記荷電粒子線の入射順に第１、第
   ２及び第３の少なくとも３枚の軸対称電極を備えたレン
   ズと、 前記レンズに入射する荷電粒子線を各々偏向するため前
   記レンズの前段に配置された２段以上の偏向器と、 を含み、 前記２段以上の偏向器は、前記第１及び第２の軸対称電
   極間に印加される電位差を変化させたときの前記レンズ
   を出た主光線の変化を実質的に最小にし、且つ、前記第
   ２及び第３の軸対称電極間に印加される電位差を変化さ
   せたときの前記レンズを出た主光線の変化を実質的に最
   小にするように、前記レンズの軸合わせをなしたことを
   特徴とする、荷電粒子線装置。
2. 【請求項２】 荷電粒子線を対象に結像させる、荷電粒
   子線装置であって、 少なくとも２極の軸対称電極を備えたレンズと、 前記レンズに入射する荷電粒子線を各々偏向するため前
   記レンズの前段に配置された２段以上の偏向器と、 を含み、 前記２段以上の偏向器は、入射側の前記軸対称電極に印
   加される電位を変化させたときの前記レンズを出た主光
   線の変化を実質的に最小にし、且つ、出射側の前記軸対
   称電極に印加される電位を変化させたときの前記レンズ
   を出た主光線の変化を実質的に最小にするように、前記
   レンズの軸合わせをなしたことを特徴とする、荷電粒子
   線装置。
3. 【請求項３】 荷電粒子線を対象に結像させる、荷電粒
   子線装置であって、 前記荷電粒子線の入射順に第１、第２及び第３の少なく
   とも３枚の軸対称電極を備えたレンズと、 前記レンズに入射する荷電粒子線を各々偏向するため前
   記レンズの前段に配置された２段以上の偏向器と、 前記２段以上の偏向器を制御する電源と、 を含み、 前記電源は、前記第１及び第２の軸対称電極間の特定の
   光軸方向位置を第１の偏向主点とする前記２段以上の偏
   向器の偏向感度比の第１のモードと、前記第２及び第３
   の軸対称電極間の特定の光軸方向位置を第２の偏向主点
   とする前記２段以上の偏向器の偏向感度比の第２のモー
   ドとを有することを特徴とする、荷電粒子線装置。
4. 【請求項４】 荷電粒子線を対象に結像させる、荷電粒
   子線装置であって、 少なくとも２極の軸対称電極を備えたレンズと、 前記レンズに入射する荷電粒子線を各々偏向するため前
   記レンズの前段に配置された２段以上の偏向器と、 前記２段以上の偏向器を制御する電源と、 を含み、 前記電源は、入射側の軸対称電極の特定の光軸方向位置
   を第１の偏向主点とする前記２段以上の偏向器の偏向感
   度比の第１のモードと、出射側の前記軸対称電極の特定
   の光軸方向位置を第２の偏向主点とする前記２段以上の
   偏向器の偏向感度比の第２のモードとを有することを特
   徴とする、荷電粒子線装置。
5. 【請求項５】 試料を評価するため構成された、請求項
   １乃至４のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置であっ
   て、 一次荷電粒子線を放出する荷電粒子源と、 放出された一次荷電粒子線を集束してクロスオーバーを
   形成するコンデンサレンズと、 前記コンデンサレンズ及び前記クロスオーバーの結像点
   の間に配置され、該コンデンサレンズを通過した一次荷
   電粒子線から複数のビームを形成させる複数の開口を有
   するビーム形成手段と、 前記複数の開口を各々通過した複数のビームを試料に縮
   小結像させる結像光学系と、 前記試料に結像された前記複数のビームの各照射スポッ
   トが該試料上で走査されるように、該複数のビームを偏
   向させる偏向手段と、 前記試料面上で走査される前記複数のビームの各照射ス
   ポットから放出された複数の二次荷電粒子線の強度を各
   々検出する検出手段と、 を更に含み、 前記結像光学系は、少なくとも前記レンズ及び前記２段
   以上の偏向器を備えたことを特徴とする、前記荷電粒子
   線装置。
6. 【請求項６】 請求項１乃至５のいずれか１項に記載の
   荷電粒子線装置を用いて、プロセス途中又は完成品のウ
   ェーハを評価する工程を含む、デバイス製造方法。