JP2003142020A - 電子線装置及びその装置を用いたデバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】マルチビーム装置で二次電子を検出器に入射さ
せるためのコンデンサレンズを必要とせず、二次電子を
効率よく検出するようにする。 【解決手段】 電子銃１１から放出された電子線を複数
の電子ビームに形成し、電子ビームで試料Ｓ上を走査し
て照射する光学系１０と、電子ビームの照射により試料
から放出された二次電子を検出する複数の検出器２１と
を備えている。複数の電子ビームは、前記電子ビームを
照射する光学系の光軸Ａの周りに形成されて試料上を照
射する。また、複数の検出器は対物レンズ１８の電子銃
側でＥ×Ｂ分離器の後に配置されている。試料からの二
次電子は加速されて対物レンズを通過した後、Ｅ×Ｂ分
離器で偏向され、複数の検出器でそれぞれ独立して検出
される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、最小線幅が０．１μｍ
以下のパターンを有する試料（ウェハ及びマスク等）の
欠陥検出等の評価を高信頼性で行う電子線装置に関し、
更に、そのような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】複数又は単一の電子ビームを用いて試料を
評価する電子線装置は既に出願されている。このような
装置では、通常、電子銃からの電子線を電子ビームに
し、当該電子ビームをコンデンサレンズにより試料に合
焦して試料を照射する光学系を備え、この光学系により
試料上を走査させて照射することにより試料から放出さ
れた二次電子を、ウィーンフィルタ（Ｅ×Ｂ分離器）を
使用して上記光学系の光軸から逸らせたり、又は電界で
一方向に曲げたりすることにより電子ビームと分離し、
二次光学系において二次電子像を検出器に結像させるよ
うになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のごとき従来の電
子線装置においては、検出装置を対物レンズの試料側に
配置する型式のものと、検出装置を対物レンズの電子銃
側に配置する型式のものとがある。しかしながら、検出
装置を対物レンズの試料側に配置する型式のものでは、
二次電子の検出器に電圧を印加し、その電圧による電界
で検出器の方向に二次電子を引き寄せる必要があるた
め、高い検出効率を得ようとすると一次電子ビームに収
差が生じる問題があった。一方、検出装置を対物レンズ
の電子銃側に配置する型式のものでは、Ｅ×Ｂ分離器が
必要とされるため、設計上の制約を受けて電子ビームに
収差が生じるおそれがあった。更に、複数の電子ビーム
（即ち、マルチビーム）により試料を評価する電子線装
置においては、二次電子を集束する光学系が複雑になり
調整が困難になるという問題があった。

【０００４】本発明は上記の問題点に鑑みなされたもの
であって、発明が解決しようとする一つの課題は、単一
の電子ビーム方式ではＥ×Ｂ分離器を必要とせず、かつ
一次電子ビームに影響を及ぼすことなく略１００％の検
出効率を得ることができる二次電子の検出器を備えた電
子線装置を提供することである。また、別の課題は、マ
ルチビーム装置で試料からの二次電子を検出器に入射さ
せるためのコンデンサレンズ等を備えた第二次光学系を
必要とせず、上記と同様の検出効率を得ることができる
二次電子の検出器を備え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終了後の試料を評
価するデバイスの製造方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記問題を解決するべ
く、本願の発明は、電子銃から放出された電子線を複数
の電子ビームに形成し、前記複数の電子ビームを試料上
で走査させて照射する光学系と、前記電子ビームの照射
により試料から放出された二次電子を検出する複数の検
出器とを備えた電子線装置であって、前記電子ビームを
照射する光学系の光軸の周りに前記複数の電子ビームを
形成して試料上を照射し、前記複数の検出器を対物レン
ズの電子銃側で前記試料面と二次電子に対してほぼ光学
的に共役な面に配置し、試料からの二次電子を加速して
前記対物レンズに通した後、Ｅ×Ｂ分離器で偏向し、前
記複数の検出器でそれぞれ独立して検出するようにして
いる。

【０００６】本願発明の別の形態として、前記検出器は
カバー内に設けられ、前記カバーは、二次電子の通過穴
を有し、前記通過穴の後方に前記検出器が配置されてい
る。

【０００７】本願発明の更に別の形態として、前記検出
器には正の高電圧が印加され、前記電子ビームを照射す
る光学系は、前記高電圧による電界が前記電子ビームを
照射する光学系の光軸に漏れる量が電子ビームに影響を
与えないように、十分にシールドされている。

【０００８】本願の別の発明は、電子銃から放出された
電子線で試料上を電磁偏向器で走査させて照射する光学
系と、前記電子線の照射により試料から放出された二次
電子を検出する検出器とを備えた電子線装置であって、
対物レンズと試料の間に電子線に対する減速電界を形成
し、かつ前記検出器を前記対物レンズの電子銃側で前記
電子線を照射する光学系の光軸から外れた位置に配置
し、試料上の前記光軸から外れた位置から放出された二
次電子を前記減速電界で加速し且つ集束し、前記対物レ
ンズを通過させた後、前記検出器で検出するようにして
いる。本願の更に別の発明は、電子線装置を用いてプロ
セス終了後のウエハの評価を行うデバイスの製造方法を
提供する。

【０００９】

【実施の形態】以下図面を参照して本発明による電子線
装置の一つの実施の形態について説明する。図１におい
て、本実施の形態による電子線装置１が模式的に示され
ている。この電子線装置１は、電子ビームを検査対象
（以下、試料と呼ぶ）Ｓの表面に照射する光学系（以下
単に、照射する光学系と呼ぶ）１０と、検出装置２０と
を備えている。照射する光学系１０は、電子線を放出す
る電子銃１１と、電子銃１１から放出された電子線Ｃを
集束するコンデンサレンズ１２と、コンデンサレンズ１
２の下方に配置されていて電子線Ｃを集束するコンデン
サレンズ１３と、コンデンサレンズ１３の下方に配置さ
れかつ複数（本実施形態では８個）の開口１４１が形成
されていて電子線を複数の電子ビームすなわちマルチビ
ームに形成するマルチ開口板１４と、電子ビームを縮小
する縮小レンズ１５と、電子ビームを偏向走査する静電
偏向器１６、Ｅ×Ｂ分離器１７と、対物レンズ１８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、しかも電子銃から放出される電子線Ｃ
の光軸が試料Ｓの表面に鉛直になるように配置されてい
る。電子銃１１はカソード１１１、ウェーネルト１１２
及びアノード１１３から成っており、カソード１１１
は、図２に示されているように、同一平面上で、照射す
る光学系１０の光軸Ａを中心とする円周上に複数（本実
施形態では例えば８個）の突起１１１ａないし１１１ｈ
を有するように形成され、これらの突起はX軸への投影
が等間隔になるように配置されている。また、コンデン
サレンズ１２及び１３の像面湾曲収差の影響をなくすた
め、図３に示されている通り、マルチ開口板１４には、
同一平面上で、照射する光学系の光軸Ａを中心とする円
周上に複数（本実施形態では例えば８個）の開口（１４
１ａないし１４１ｈ）を有するように形成され、これら
の開口もまたX軸への投影が等間隔になるように配置さ
れている。これら各開口の位置は電子銃のカソードの各
突起１１１ａないし１１１ｈの位置に対応する。なお、
照射する光学系１０には、検出装置２０に近接する位置
に光軸Ａに沿ってシールド３６が設けられており、以下
で説明するような検出器に印加された高電圧による電界
から、一次電子ビームをシールドする。

【００１０】検出装置２０は、マルチ開口板１４の各開
口１４１ａないし１４１ｈに対応して配置された複数
（本実施形態では８個）の検出器２１ａないし２１ｈ
と、真空領域外に配置されていて各検出器２１からのア
ナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器とを
備えている。図４に示されているように、これら複数の
検出器２１ａないし２１ｈも、同一平面上で照射する光
学系の光軸Ａを中心とする円周上に配置され、X軸への
投影が等間隔になるように配置されている。また、各検
出器２１ａないし２１ｈは以下に詳述するようにカバー
２４（図１では省略されている）内に配置されている。
カバー２４及びこれら検出器２１ａないし２１ｈはｒ−
θステージ３５により支持されている（図１）。

【００１１】図５には、各検出器２１ａないし２１ｈを
収容するカバー２４の詳細が示されており、図５ａはカ
バー２４の縦断面図、図５ｂは図５ａの下から見た底面
図である。検出器２１ａないし２１ｈには２０ＫＶ程度
の高電圧が印加されており、その電圧による電界が光軸
Ａの方向に漏れないようにすることが必要であり、この
カバー２４はこのような電界の漏れを防止する。カバー
２４は、円筒状の本体２４１と、二次電子が検出器に入
射するための穴２４２ａないし２４２ｈが８個設けられ
ているマルチホール板２４３とを備えている。これらの
穴２４２ａないし２４２ｈは、マルチビーム間のクロス
トークを避けて且つ十分な透過率が得られるように、Ｙ
方向に長い長円形状になっている。各穴の後方には半導
体型の検出器２１ａないし２１ｈが配置され、それら検
出器からの信号はリード線２１ｒないし２１ｙから取り
出される。リード線２１ｒないし２１ｙは本体２４１の
側部に設けられた開口部を介してカバーの外方に引き出
されている。これら検出器２１ａないし２１ｈ及び穴２
４２ａないし２４２ｈは上述のとおり、マルチ開口板１
４の各開口１４１ａないし１４１ｈに対応して配置され
ている。なお、図５においてはカバーの横断面を円形と
して示されているが、これらは円形に限られるものでは
なく、多角形であってもよいことは当業者には明白であ
ろう。

【００１２】次に、上記構成の電子線装置１の動作につ
いて説明する。電子銃１１から放出された電子線は、光
軸Ａにほぼ平行な８本の電子線Ｃとなり照射する光学系
１０のコンデンサレンズ１２によって集束されて電子線
の放出角度が拡大され、コンデンサレンズ１３によって
集束される。次に、電子線Ｃはマルチ開口板１４の複数
の開口１４１ａないし１４１ｈを通して複数の電子ビー
ムに成形される。マルチ開口板を通過した電子ビームは
位置Ｐ１でクロスオーバを形成する。このクロスオーバ
は更に縮小レンズ１５によって対物レンズ１８の手前の
位置Ｐ２に形成される。マルチ開口板の開口１４１ａな
いし１４１ｈの像は縮小レンズ１５と対物レンズ１８と
で縮小され試料Ｓの表面上に合焦されて、試料Ｓ上で光
軸Ａの周りに８個のプローブを形成する。これら複数の
プローブは、 静電偏向器１６及びＥ×Ｂ分離器１
７の偏向器の双方によって２段に偏向されて試料Ｓの表
面上を同時に走査する。この場合、全体で４００ミクロ
ンの幅を走査するものとすると、１個のプローブで略５
０ミクロンの幅が走査されることとなる。試料Ｓには負
の電荷が高電圧で印加されているので、試料Ｓの表面に
は一次側の電子ビームに対する減速電界が形成されてい
る。複数のプローブによって試料Ｓは複数の点が照射さ
れ、照射されたこれらの複数の点からは二次電子Ｄが放
出される。この二次電子Ｄは試料Ｓの走査点から±８９
°の方向に拡がって放出され、上記一次側の電子ビーム
に対する減速電界で加速・集束されて、対物レンズ１８
によりＥ×Ｂ分離器１７を僅かに通過した点Ｐ３に像を
結像する。

【００１３】位置Ｐ３で像を形成した二次電子は更に発
散する。その発散角は、試料面から±８９°の方向に放
出された二次電子が１°（Ｐ−Ｐ）前後の狭い角度の方
向に発散することがシュミレーションで明確になってい
る。従って、対物レンズ１８を通過した二次電子は略直
進し、検出器２１ａないし２１ｈにそれぞれ入射する。
検出器２１ａないし２１ｈに入射した二次電子はそこで
電気信号に変換され、リード線２１ｒないし２１ｙを介
して真空領域外に取り出されＡ／Ｄ変換器でデジタル信
号に変換される。

【００１４】次に、図６を参照して本発明の第二の実施
形態による電子線装置１’を説明する。この実施形態に
よる電子線装置１’は単一の電子ビームを使用する装置
に適用したものである。本図において、図１に示された
第一の形態と同じ構成要素には同じ符号を付する。ま
た、第一の実施形態の構成要素に対応する構成要素であ
るがそれとは異なる構成を有するものについては同じ符
号の上に「’」の記号を付して表す。照射する光学系１
０’は、カソード１１１’、ウェネルト１１２’及びア
ノード１１３’からなり単一の電子線を放出する電子銃
１１’と、電子線を縮小して電子ビームを形成するコン
デンサレンズ１３と、走査用の電磁偏向器１６，１７
と、対物レンズ１８とを備え、それらは電子銃１１’を
最上部にして、かつ電子銃から放出される電子線の光軸
Ａが試料の表面Ｓに垂直になるように配置されている。
第一の実施形態とは異なり、開口板は設けられていな
い。また、第一の実施形態と同様に、試料Ｓには負の高
電圧が印加されているので、試料Ｓの表面には一次側の
電子ビームに対する減速電界が形成されている。従っ
て、試料面から光軸に対して±８９°という大きい角度
で放出された二次電子さえも対物レンズを通過した後の
試料面の共役面では１°（Ｐ−Ｐ）程度の狭い方向に発
散するので１００％近い検出効率が得られる。

【００１５】検出装置２０’は第一の実施形態と同様の
半導体型の検出器２１を備えている。検出器のカバー２
４’は検出装置毎に設けられていて、各検出器は照射す
る光学系の光軸Ａから外れた位置に配置されている。

【００１６】本実施形態による電子線装置１’の上記構
成においてその動作を説明する。電子銃１１から放出さ
れた電子線は、コンデンサレンズ１３で集束されて対物
レンズ１８の手前にクロスオーバを形成し、対物レンズ
１８により試料Ｓに照射される。試料を走査する場合に
は、電磁偏向器１６と１７とで２段階に偏向することに
より行われる。本実施形態の電子線装置では、これら２
段の電磁偏向器１６、１７で電子ビームを偏向して、光
軸Ａから外れた領域４２を走査し、この領域４２の画像
を得ることができる。試料Ｓから放出された二次電子の
軌道はＦで表されている。即ち、符号１７は電磁偏向器
であるため、図６に示したように一次電子ビームを紙面
上で右側へ偏向するときは二次電子は紙面上で左側へ偏
向されるからである。二次電子は、一次側の電子ビーム
に対する減速電界で加速・集束され、軌道Ｆを通って検
出器２１ｂに入射される。光軸Ａに対して領域４２とは
反対側の領域４３を走査することにより、その領域から
放出された二次電子は検出器２１ａで検出する事ができ
る。また、符号４４で示された領域については、図６の
紙面に直角に手前方向若しくは奥方向（即ちＹ方向）の
位置を走査し、そこから放出された二次電子を検出器
（例えば２１ｄ及び２１ｅ）で検出できる。このような
態様でＹ方向に試料を連続的に移動させながら試料を走
査することにより、一回の試料走査で領域４２の右端か
ら領域４３の左端までに亘る試料の領域の画像を取得す
ることができる。検出器に入射した二次電子は、第一の
実施形態と同様に検出器で電気信号に変換された後、増
幅されＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換される。

【００１７】次に、図７及び図８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７
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。

【００１８】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、メモリーや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）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。

【００１９】図８は、図７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。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、及び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
可能となる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果を奏
することが可能である。 （イ）単一の電子ビーム方式では、Ｅ×Ｂ分離器を必要
としないで減速電界対物レンズによる収束作用を利用し
て二次電子の検出ができる。 （ロ）検出系のマルチビーム方式の電子線装置におい
て、第二次光学系を設けなくてもマルチビームの検出が
可能となるので、装置の光学系が簡単化され調整が容易
になされる。また、単一の電子ビーム方式では、Ｅ×Ｂ
分離器が設けられていないので電子ビームの収差が小さ
くなる。 （ハ）二次電子の検出効果を１００％に近づけることが
できる。 （ニ）電子ビームの収差を悪化させるような電界の発生
を最小限度にすることができる。また、マルチビーム間
のクロストークを検出器の前方のマルチホール板により
十分に小さくすることができる。 （ホ）試料上の所定の領域（図６における領域４２ない
し４３）を走査する場合、それぞれの領域でダイナミッ
クスティグ及びダイナミックフォーカスを行えば、非常
に広い領域を低い収差で走査することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による電子線装置の一つの実施形態の模
式図である。

【図２】電子銃のカソードの突起の位置を示す平面図で
ある。

【図３】マルチ開口板に設けられている開口の位置を示
す平面図である。

【図４】複数の検出器の配置位置を示す平面図である。

【図５】図５ａは複数の検出器を収容するカバーの縦断
面図である。図５ｂは図５ａのカバーを下から見た底面
図である。

【図６】本発明による電子線装置の第２の実施形態の模
式図である。

【図７】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８】図７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、１’： 電子線装置 １０、１０’： 照射する光学系 １１、１
１’： 電子銃 １２、１３： コンデンサレンズ １４： マルチ開口板 １５： 縮小レ
ンズ １６： 電磁偏向器 １７： 電磁偏
向器 １８： 対物レンズ ２０、２０’：
検出装置 ２１： 検出器 ３５： ｒーθ
ステージ ３６： シールド

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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） 4M106 AA01 CA39 CA41 DB05 5C033 NN01 NP01 NP05 NP06 UU02 UU04

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子銃から放出された電子線を複数の電
   子ビームに形成し、前記複数の電子ビームを試料上で走
   査させて照射する光学系と、前記電子ビームの照射によ
   り試料から放出された二次電子を検出する複数の検出器
   とを備えた電子線装置であって、前記電子ビームを照射
   する光学系の光軸の周りに前記複数の電子ビームを形成
   して試料上を照射し、前記複数の検出器を対物レンズの
   電子銃側で前記試料面と二次電子に対してほぼ光学的に
   共役な面に配置し、試料からの二次電子を加速して前記
   対物レンズに通した後、Ｅ×Ｂ分離器で偏向し、前記複
   数の検出器でそれぞれ独立して検出するようにしたこと
   を特徴とする電子線装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子線装置において、
   前記検出器はカバー内に設けられ、前記カバーは、二次
   電子の通過穴を有し、前記通過穴の後方に前記検出器が
   配置されていることを特徴とする電子線装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電子線装置において、
   前記検出器には正の高電圧が印加され、前記電子ビーム
   を照射する光学系は、前記高電圧による電界が前記電子
   ビームを照射する光学系の光軸に漏れる量が電子ビーム
   に影響を与えないように、十分にシールドされているこ
   とを特徴とする電子線装置。
4. 【請求項４】 電子銃から放出された電子線で試料上を
   電磁偏向器で走査させて照射する光学系と、前記電子線
   の照射により試料から放出された二次電子を検出する検
   出器とを備えた電子線装置であって、対物レンズと試料
   の間に電子線に対する減速電界を形成し、かつ前記検出
   器を前記対物レンズの電子銃側で前記電子線を照射する
   光学系の光軸から外れた位置に配置し、試料上の前記光
   軸から外れた位置から放出された二次電子を前記減速電
   界で加速し且つ集束し、前記対物レンズを通過させた
   後、前記検出器で検出するようにしたことを特徴とする
   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終了後のウエハの評価を行う
   デバイスの製造方法。