JP2003331763A - 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピクセル時間を短くし、試料の評価を短時間
で行う。 【解決手段】 カソード２２と、ウェーネルト２４と、
アノード２６とを有する電子銃１０と、電子銃から放出
される一次電子ビーム１２を細く成形し、一次電子ビー
ムを試料１６に照射し且つ試料面上を走査する照射系１
４と、試料から放出された二次電子１８を検出する検出
系２０と、検出系で検出された二次電子を画像処理する
画像形成装置８６と、アノードをアースから絶縁する絶
縁体４６と、アノードに変化する電圧を与える電圧供給
装置５６とを備え、電圧供給装置によりアノードに与え
る電圧を変化させたときの、画像形成装置からの出力に
基づいて、カソード及びウェーネルトとアノードとの間
の軸合せを評価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、表面が絶縁膜付
きの試料を帯電（ｃｈａｒｇｅ ｕｐ）させることな
く、あるいは、帯電の影響が少い状態でその試料を評価
する電子線装置に関する。またそのような電子線装置を
用いてプロセス途中のウェーハの評価を行うデバイス製
造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の技術分野において、ＦＥ（フィ
ールドエミッション）電子銃あるいはショットキーカソ
ード電子銃を用いた電子線装置では、欠陥検査を正確に
行うために、１ピクセル当りの二次電子の検出数は４０
５０個以上必要である。そのため、大きな値の一次電子
ビームを試料面に照射する必要があった。しかしなが
ら、大きな値の一次電子ビームを用いた場合、試料表面
にＳ_iＯ₂や窒化シリコン等の絶縁膜が付いた試料の欠陥
を検査する際、その絶縁膜が帯電してしまい、忠実な二
次電子画像を得ることができなかった。そこで、従来技
術においては、フラッドガン等で電子シャワーを試料表
面に与えて帯電状態を解消してから試料の欠陥を評価し
ていた。

【０００３】さらに、試料台と電子光学系の相対位置を
測定するのにレーザー干渉計がもっぱら使われていた。
そのため、ウェーハ等の試料を評価する前にレジストレ
ーションとかアライメント操作を行いその後評価に移る
プロセスが取られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来から言われている
ように、１ピクセル当りの二次電子検出数が４０５０個
以上必要な場合、一次ビーム電流値を大きくし、しかも
ピクセル時間（１ピクセル当たりに一次電子線を照射す
る時間）を長くする必要があったので、評価に長時間を
要するという問題があった。

【０００５】さらに、電子シャワーを必要とする装置で
は構造が複雑になると共に、実際の効果はあまり思わし
くないという問題があった。また、レーザ干渉計は非常
に高価であり、取り付け、調整に長時間を要する問題が
あった。さらに、レーザ干渉計を用いた場合、レジスト
レーションやアライメントに長時間を要し、試料表面の
狭い面積のみ評価する場合、レジストレーションやアラ
イメントに要する時間が、評価時間を上回るという問題
もあった。

【０００６】本願発明は、上記問題点に鑑みてなされた
もので、ショット雑音の低減を図ることにより、試料面
に照射する一次電子ビームの電流値が小さくても、１ピ
クセル当たりの二次電子検出数を必要個数（４０５０Γ
²（Γ²＜１））以上確保できるようにすることにより、
ピクセル時間を短くし、試料の評価を短時間で行うこと
ができる電子線装置を提供することを目的とする。

【０００７】また、試料面に照射する一次電子ビームの
ドーズ（電流値×照射時間）が小さくて済むことから、
試料面上の絶縁膜に電子が帯電する可能性が低くなり、
これによって、電子シャワーの必要性がなくなる装置を
提供することを目的とする。

【０００８】さらに、安価で取り付け・調整が容易なス
テージ位置測定器を選び、非常に簡単な測定のみで評価
を開始できる装置を提供する事を目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】このため、本願発明で
は、試料からの二次電子を検出して試料の評価を行う電
子線装置であって、熱電子放出カソードと、当該熱電子
放出カソードの周囲に配置されたウェーネルトと、熱電
子放出カソードの下流側に配置されたアノードとを有す
る電子銃と、前記電子銃から放出される一次電子ビーム
をレンズ系で細く成形し、当該成形された一次電子ビー
ムを試料に照射し且つ前記一次電子ビームで試料面上を
走査する照射系と、前記試料から放出された二次電子を
検出する検出系と、前記試料の欠陥を検査するために、
前記検出系で検出された二次電子を画像処理する画像形
成装置と、前記アノードをアースから絶縁する絶縁体
と、前記アノードに、変化する電圧を与える電圧供給装
置とを備え、前記電圧供給装置により前記アノードに与
える電圧を変化させたときの、前記画像形成装置からの
出力に基づいて、前記カソード及びウェーネルトと前記
アノードとの間の軸合せを評価するようにした電子線装
置を提供するものである。

【００１０】前記電子線装置において、さらに、前記ウ
ェーネルト、前記アノード、あるいは前記カソードとウ
ェーネルトの組のいずれかを、電子線装置の光軸と直交
する方向に微調整可能である調整装置を備えることがで
きる。

【００１１】前記アノードは、前記カソードから放出さ
れる一次電子ビームの通過を許容するアノード穴を有し
ており、前記アノード穴の径は、そこでの一次電子ビー
ム径の４倍以上の寸法を有していることが好ましい。あ
るいは、アノード穴の径は、前記アノードに流れる電子
銃電流がほとんど０となるように寸法決めされているこ
とが好ましい。

【００１２】又、本願発明は、電子銃の動作条件を空間
電荷制限条件とし、試料に流れる試料電流をＩ_bとした
とき、試料電流が持つショット雑音電流

【００１３】

【００１４】が

【００１５】

【００１６】但し、ｅ＝１．６×１０^-19ｃ Γ<１、 Δｆ＝ショット雑音を測定する周波数帯域 で表される電子線装置を提供するものである。

【００１７】また、本願発明は、電子銃から放出された
一次電子ビームをレンズ系で細く絞って細く絞られた一
次電子ビームを形成し、該細く絞られた一次電子ビーム
で前記試料面上を走査し、前記試料から放出される二次
電子を検出して試料面を評価する電子線装置において、
前記試料を支持する試料台に設けられたマグネスケール
あるいはレーザースケールと、前記マグネスケールある
いはレーザースケールからの信号に基づいて、前記一次
電子線で走査されている試料の位置を算出する制御装置
とを備えている電子線装置を提供するものである。

【００１８】また、本願発明は、電子銃から放出された
一次電子ビームをレンズ系で細く絞って細く絞られた一
次電子ビームを形成し、該細く絞られた一次電子ビーム
で前記試料面上を走査し、前記試料から放出される二次
電子を検出して試料面を評価する電子線装置において、
前記試料を支持する試料台の周囲に配置された少なくと
も３つの静電容量センサーと、前記静電容量センサーか
らの出力値に基づいて、前記試料の中心位置の基準値か
らのずれ値と前記試料の回転姿勢の基準値からのずれ値
とを算出する制御部と、前記試料の中心位置と回転姿勢
が較正されるように、前記制御部からのずれ値に基づい
て前記試料台を移動させる移動装置とを備えている電子
線装置を提供するものである。前記試料の回転姿勢の基
準値からのずれ値は、前記試料の周辺部に形成された切
欠きを、少なくとも１つの静電容量センサーにより検出
することができる。前記電子線装置において、さらに、
試料から放出された二次電子を検出する検出系と、検出
系で検出された前記試料の任意の位置の１つのダイのパ
ターンと、他のダイのパターンとの座標位置のずれを整
合させる整合ソフトウェア又は装置と、整合ソフトウェ
ア又は装置により整合された１つのダイのパターンと他
のダイのパターンとを比較することにより、試料の欠陥
を検査する検査装置とを備えることができる。

【００１９】また、本願発明は、前記電子線装置を使用
してプロセス途中のウェハの評価を行うデバイス製造方
法を提供するものである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施態様を添
付図面を参照して説明する。図１に示された、本願発明
の一実施態様に係る電子線装置は、電子銃１０からの一
次電子ビーム１２を照射系１４を通して試料１６に照射
し、試料１６からの二次電子１８を検出系２０で検出し
て試料１６の評価を行うものである。

【００２１】なお、図１において、紙面は、ｘ軸とｚ軸
とから構成される面と平行になっており、ｙ軸は紙面と
垂直になっている。電子線装置は、一次電子ビーム１２
を放出する電子銃１０を備えている。電子銃１０は、電
子放出材としてのカソードを加熱することにより電子を
放出する熱電子源タイプとなっており、空間電荷制限条
件（カソードの温度をある一定以上に高めて、電子線の
放出量がカソードの温度にほとんど影響されない条件）
で動作させることが好ましい。

【００２２】電子銃１０は、熱電子放出型のカソード２
２と、当該カソード２２の周囲に配置されたウェーネル
ト２４と、カソード２２の下流側に配置されたアノード
２６とを備えている。カソード２２の両側には、カソー
ド２２を加熱するための一対のヒータ２８が配置されて
いる。カソード２２及びヒータ２８に通電を許容し且つ
カソード２２及びヒータ２８を支持するための一対の柱
状の電極３０が、ウェーネルト２４内に設けられた絶縁
スペーサ３２に取り付けられている。

【００２３】カソード２２は、そのコーン角度が９０°
となっており、先端の曲率半径が３０μｍＲとなってい
る。カソード２２は、ランタンヘキサボライド（ＬａＢ
₆）単結晶から構成されている。

【００２４】電子銃１０には、環状の形状をした複数の
シールド３４が設けられている。このようなシールドが
設けられないと、電子銃のアノード２６より上流側に配
置された絶縁物（例えば、絶縁スペーサ３２や後述する
碍子３６）が帯電されて雑音源となり、本来のショット
雑音よりはるかに大きい雑音が発生する恐れがあるから
である。

【００２５】ウェーネルト２４は、ウェーネルト２４の
周囲に取り付けられた碍子３６を介して、電子銃室側壁
３８から電子銃室内に延びた支持部分４０に取り付けら
れている。電子銃室側壁３８には、対向する位置に一対
のねじ４２、４４が螺合されている。ねじ４２、４４
は、それぞれの先端４２ａ、４４ａが電子銃室内に突出
しており、先端４２ａ、４４ａでウェーネルト２４を挟
持している。また、ねじ４２、４４により、アノード２
６に対するカソード２２の傾きを微調整できるようにな
っている。例えば、ねじ４２の突出量を減らし、ねじ４
４の突出量を増やすことにより、ウェーネルトの上流端
２４ａを図１中右側に移動させ、ウェーネルトの下流端
２４ｂを図１中左側に移動させることができる。このよ
うに、ねじ４２、４４でカソード２２の傾きを微調整す
ることにより、カソード２２から放出される一次電子ビ
ームを基準中心軸線（換言すれば、光軸）に整合させる
ことができる。

【００２６】アノード２６は、カソード２２から放出さ
れる一次電子ビーム１２の通過を許容するアノード穴２
７を有しており、絶縁体４６を介して電子銃室底壁４８
に取り付けられている。これによって、アノード２６
は、アースされている電子銃室底壁４８から絶縁される
構成となっている。アノード２６は、絶縁体４６を通る
導線５０を介して、アノード２６に所望の電圧を付与す
る電圧源５２に接続されている。さらに、この導線５０
は、ウォブラー信号を供給するウォブラー信号供給装置
５４が接続されている。このようにして、電圧源５２と
ウォブラー信号供給装置５４とから、アノード２６に変
化する電圧を与える電圧供給装置５６が構成され、アノ
ード２６に周期的に変化する電圧を加えることができる
ようになっている。そして、電圧供給装置５６によりア
ノード２６に与える電圧を周期的に変化させたときの、
後述する画像形成装置８６からの出力に基づいて、カソ
ード及びウェーネルトとアノードとの間の軸合せを評価
し、この軸合わせが好ましくない場合、上述したねじ４
２、４４を用いることによってこの軸合わせを行うこと
ができるようになっている。

【００２７】本実施形態においては、電子銃１０は、空
間電荷制限条件すなわち空間電荷制限領域（カソードの
温度をある一定以上に高めて、電子線の放出量がカソー
ド温度に影響されない条件ないし領域）で使用されてい
る。したがって、カソード２２の近傍では、当該カソー
ド２２より０．数ミリメートル下流側に、バーチャルカ
ソード（カソード２２より電位が低い電子障壁のこと
で、あたかも、この部位から一次電子が放出されている
ように見えることからバーチャルカソードと呼ばれてい
る）が形成されている。ショット雑音を低減するには、
このようなバーチャルカソードが形成されている必要が
ある。

【００２８】絶縁スペーサ３２や硝子３６の表面が帯電
すると、バーチャルカソードに悪影響を与えてショット
雑音を低減することができない。上述したように、シー
ルド３４を設けたので、絶縁スペーサ３２や硝子３６の
表面での帯電が防止され、バーチャルカソードに悪影響
を与えることもない。

【００２９】電子線装置は、また、電子銃１０から放出
される一次電子ビーム１２をレンズ系で細く成形し、当
該成形された一次電子ビーム１２を試料１６に照射し且
つ一次電子ビーム１２で試料面上を走査する照射系１４
を備えている。

【００３０】照射系１４は、一次電子ビーム１２を集束
させるためのコンデンサレンズ５８と、コンデンサレン
ズ５８に対して一次電子ビーム１２の軸合わせを行う軸
合わせ偏向器６０と、コンデンサレンズ５８の下流側に
配置されたＮＡ開口６２と、ＮＡ開口６２に対して一次
電子ビーム１２の軸合わせを行う軸合わせ偏向器６４
と、ＮＡ開口６２の下流側に配置されたコンデンサレン
ズ６６と、コンデンサレンズ６６に対して一次電子ビー
ム１２の軸合わせを行う軸合わせ偏向器６８と、軸合わ
せ偏向器６８の下流側に配置された静電偏向器７０と、
静電偏向器７０の下流側に配置されたＥ×Ｂ分離器７２
と、Ｅ×Ｂ分離器７２の下流側に配置され一次電子ビー
ム１２を試料１６上で結像させるための対物レンズ７４
とを備えている。Ｅ×Ｂ分離器７２は、内周側に配置さ
れた静電偏向器７６と外周側に配置された電磁偏向器７
８とから構成されている。

【００３１】試料１６から放出された二次電子１８を検
出する検出系２０は、二次電子を増倍させるためのＭＣ
Ｐ（マイクロチャンネルプレート）８０と、増倍された
二次電子を吸収して電気信号に変換するためのアノード
８２と、このアナログの電気信号をデジタル信号に変換
するＡ／Ｄ変換器８４とを備えている。

【００３２】検出系２０は、さらに、試料の欠陥を検査
するために、検出系で検出された二次電子を画像処理す
る画像形成装置を備えている。画像形成装置としての画
像形成回路８６は、Ａ／Ｄ変換器８４に接続されている
と共に、静電偏向器７０及び７６に走査信号を供給する
走査電源８８に接続されている。走査電源８８からの走
査信号が画像形成回路８６に供給されることによって、
画像形成回路８６で二次元図形の画像データが形成され
る。画像形成回路８６には後述するＣＲＴモニーター２
２５が接続されており、ＣＲＴモニーター２２５は、二
次電子の信号により形成された二次元図形の画像を表示
することができるようになっている。また、走査電源８
８からの走査信号は、上述したように、静電偏向器７
０、７６に供給されており、走査信号のタイミングに合
わせて、静電偏向器７０、７６は一次電子ビームや二次
電子を偏向させている。

【００３３】検出系２０は、さらに、画像形成回路８６
とデータ通信可能に接続された制御装置２２０を備えて
いる。制御装置２２０は、図１に示されたように、一例
として汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成する
ことができる。このコンピュータは、所定のプログラム
に従って各種制御、演算処理を実行する制御部２２１
と、前記所定のプログラムなどを記憶している記憶装置
２２２と、処理結果や二次電子画像２２７等を表示する
ＣＲＴモニーター２２５と、オペレータが命令を入力す
るためのキーボードやマウス等の入力部２２８とを備え
ている。勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或い
は、ワークステーションなどから制御装置２２０を構成
してもよい。

【００３４】制御装置２２０の制御部２２１は、ＣＰ
Ｕ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ビデオ基板等の各種制御基板等か
ら構成されている。制御部２２１には、記憶装置２２２
が接続されている。記憶装置２２２は、例えば、ハード
ディスクから構成することができる。記憶装置２２２上
には、画像形成回路８６から受信した試料１６の二次電
子画像データを記憶するための二次電子画像記憶領域２
２４が割り当てられている。もっとも、予め欠陥の存在
しない試料の基準画像データを記憶しておく基準画像記
憶部２２３を割り当てるようにしてもよい。更に、記憶
装置２２２上には、電子線装置全体を制御する制御プロ
グラム、試料の評価プログラム、ウェーハの位置や姿勢
（回転状態）に関して、基準値との間にずれが生じてい
る場合に、当該ずれを較正ないしは修正するための制御
プログラム２２９が格納されている。このウェーハのず
れを較正する制御方法に関しては詳細を後述するが、当
該較正は試料の評価を行う前あるいは評価を行いながら
実行され、これによって、ウェーハの初期設定がなされ
る。

【００３５】本実施形態においては、試料としてウェー
ハ１６が用いられている。ウェーハ１６は、試料台１０
０によって支持されている。試料台１００は、ウェーハ
１６を平坦に固定する静電チャック１０２と、ウェーハ
１６を回転させるθステージ２３０と、ウェーハ１６を
ｘ方向に移動させるためのｘ方向ステージ１０４と、ウ
ェーハ１６をｙ方向に移動させるためのｙ方向ステージ
１０６とを備えている。静電チャック１０２は、ｘ方向
ステージ１０４に対してウェーハ１６と一緒に回転でき
るようになっているθステージ２３０に載せられてい
る。ｘ方向ステージ１０４は、ウェーハ１６、静電チャ
ック１０２及びθステージ２３０と一緒に、ｙ方向ステ
ージ１０６に対してｘ方向に移動することができるよう
になっている。ｙ方向ステージ１０６は、固定されたベ
ース１０８に対して、ウェーハ１６、静電チャック１０
２、θステージ２３０及びｘ方向ステージ１０４と一緒
にｙ方向に移動することができるようになっている。

【００３６】ｘ方向ステージ１０４の周面には、ｘ方向
用のマグネスケール１１０が形成されている。このマグ
ネスケール用のセンサー１１２が、ｙ方向ステージ１０
６から上方に向けて垂直に突出して設けられている。マ
グネスケール用のセンサー１１２は、ｘ方向ステージ１
０４の周面に形成されたマグネスケール１１０から所定
の間隔をあけて配置されている。ｘ方向ステージ１０４
が移動したとき、マグネスケール用のセンサー１１２
は、当該センサーを通過したマグネスケール１１０の数
をカウントし、ｘ方向ステージの位置を測定することが
できるようになっている。１１４は、ｙ方向ステージ１
０４の周面に形成されたｙ方向用のマグネスケールを示
している。１１６は、ベース１０８から上方に向けて垂
直に突出して設けられたマグネスケール用のセンサーで
ある。マグネスケール用のセンサー１１６は、ｙ方向ス
テージ１０６の周面に形成されたマグネスケール１１４
から所定の間隔をあけて配置されている。ｙ方向ステー
ジ１０６が移動したとき、マグネスケール用のセンサー
１１６は、当該センサーを通過したマグネスケール１１
４の数をカウントし、ｙ方向ステージの位置を測定する
ことができるようになっている。これらのマグネスケー
ルの代りにレザースケールを用いてもよい。

【００３７】以上のように本実施形態によれば、レーザ
干渉計に代えて、マグネスケール及びマグネスケール用
のセンサーを用いるようにしたので、より安価な評価装
置を構成することができる。

【００３８】なお、ウェーハ１６の周辺には後述する静
電容量式位置センサが配置されているが、図１では省略
されている。図１の参照符号２５は、一次ビームの主光
線の軌道を示している。

【００３９】次ぎに、電子線装置の全体的な作動を以下
に説明する。電子銃１０から放出された一次電子ビーム
は、コンデンサレンズ５８、６６と対物レンズ７４とで
カソード１の後方に形成された虚のクロスオーバを３段
階に縮小し、ウェーハ１６に合焦させる。

【００４０】一次電子ビームは、図１に示されるように
−ｙ方向に少しオフセットされた位置で、ウェーハ１６
に合焦される。そして、静電偏向器７０、７６によりｘ
方向に平行な細長い視野を上記オフセットされた一次電
子線で走査する。このように−ｙ方向にオフセットした
位置でウェーハ１６に合焦させるようにしたのは、後述
のように二次電子線がＭＣＰ１８に案内されるのを容易
にするためにである。

【００４１】ウェーハ１６から放出された二次電子は、
ウェーハ１６に−４ｋＶが印加されていることと、対物
レンズ７４の中央電極に正の高電圧が印加されているこ
とから、対物レンズ７４の方向に加速、集束され、細い
ビームとなる（なお、対物レンズ７４は、上部電極と中
央電極と下部電極から構成されているが、図１ではこれ
らの電極の詳細を省略して表している）。そして、一次
電子線がオフセットされているため、二次電子は、光軸
から−ｙ方向に離れた位置で対物レンズ７４に入射し、
対物レンズ７４で曲げられ、さらに電磁偏向器７８で曲
げられ、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）１８に
案内される。

【００４２】ＭＣＰ１８に入射した二次電子は、ＭＣＰ
１８で増倍され、検出器（例えば、アノードなどから構
成する）８２に出力される。検出器８２は、受け取った
二次電子をその強度を表す電流信号に変換し、その電流
信号は、抵抗（例えば、５０(の抵抗）９０で電圧信号
に変換され、図示しない増幅器で増幅され後、Ａ／Ｄ変
換器８４でデジタル信号に変えられ、画像形成回路８６
に入力される。画像形成回路８６は、走査電源８８から
の走査信号を入力しており、この走査信号と前記デジタ
ル信号に基づいて、ウェーハ１６の被走査面を表す二次
元図形の画像を形成する。この二次元図形の画像は、Ｃ
ＲＴモニーター２２５により表示される。このようにし
て、ウェーハ１６の被走査面を表す二次元図形の画像を
用いて、ダイ対ダイあるいはセル対セルの比較によって
欠陥検査を行う。

【００４３】次ぎに、カソード２２とウェーネルト２４
を、電子線装置の光軸と直交する方向に微調整する方法
について説明する。この微調整は、装置立上げ時に１回
行いその後は１年間に１回程度行えばよい。

【００４４】まず、軸合せ偏向器６４により一次電子ビ
ーム１２でＮＡ開口６２を走査し、ＮＡ開口６２を通過
した電子線１２をウェーハ１６に入射させ、ＭＣＰ８
２、アノード８２、Ａ／Ｄ変換器８４及び画像形成回路
８６を通して二次電子から形成された信号（すなわち、
二次電子信号）をＣＲＴモニーター２２５に入力し、こ
れによりＮＡ開口６２の像をＣＲＴモニーター２２５に
表示させる。次ぎに、ウォブラー信号供給装置５４を作
動させて導線５０にウォブラー信号を供給する。導線５
０にウォブラ−信号が入力されると、電圧源５２から導
線５０を介してアノード２６に付与されているアノード
電圧にウォブラ−信号が重畳され、アノード電圧値が周
期的に変化する。アノード２６が静電レンズ作用をなす
ことから、アノード電圧値が周期的に変化した際、カソ
ード２２及びウェーネルト２４とアノード３との間の中
心軸がずれていると、ＮＡ開口像はＣＲＴモニーター２
２５上で移動することになる。このＮＡ開口像の移動量
が最小になるように、一方のねじ４２と他方のねじ４４
を締めたり緩めたりすることによって、アノード２６に
対するカソード２２及びウェーネルト２４の傾き位置を
微調整する。これによって、カソード及びウェーネルト
とアノードとの間の軸合せを行うことができる。このよ
うに、電子銃の各電極間のセンタリング、すなわち、カ
ソード２２、ウェーネルト２４及びアノード２６間の中
心決めを正しく調整でき、電子線装置の光軸方向に整合
させることができるようにしたので、一次電子ビーム１
２の軌道のズレが評価され修正される。この結果、一次
電子ビーム１２がアノード穴２７を正確に通過すること
となって、一次電子ビーム１２がアノード自体に入射す
ることがなくなる。これによって、アノード２６から電
子が後方散乱してカソード２２又はバーチャルカソード
に悪影響を与えることがほぼなくなり、ショット雑音を
低減することができる。

【００４５】本実施形態においては、カソード２２及び
ウェーネルト２４の傾きをアノード２６に対して微調整
できるようにしたが、カソード単独、あるいは、ウェー
ネルト単独を光軸に直角な方向（ｘｙ方向）に微動させ
るようにしてもよい。また、アノードのみをｘｙ方向に
微調整できるようにしてもよい。

【００４６】カソード付近にできているバーチャルカソ
ードを乱す原因として、上述したようにアノード２６に
入射した一次電子ビーム１２が後方散乱されバーチャル
カソードに戻ることが原因と考えられる。これを防止す
るために、上記のようなカソード電極、ウェーネルト電
極及びアノード電極間のセンタリングのほかに、あるい
はアノード穴２７を十分大きくするようにしてもよい。
このように、アノード穴２７を十分大きくすることによ
り、一次電子ビーム全てがアノード穴２７を通過し、一
次電子ビームがアノードに当たりそこから後方散乱され
たビームがバーチャルカソードに戻ることがなくなり、
アノードに流れる一次電子ビーム電流をほぼ０にするこ
とができる。アノードに流れる一次電子ビーム電流をほ
ぼ０にするために、アノード穴の径は、そこでの一次電
子ビーム径の４倍以上の寸法を有していることが好まし
い。

【００４７】カソード付近にできているバーチャルカソ
ードを乱す原因としては、さらに、ＮＡ開口６２に入射
した一次電子ビームがやはり後方散乱され、バーチャル
カソードに戻ることが考えられる。これを防止するため
に、ＮＡ開口の電子銃側にはレンズ（例えば、本実施形
態のようなコンデンサレンズ５８）を少くとも１段設け
ることにより、後方散乱されたビームを曲げ、カソード
に戻らないようにした。これによって、バーチャルカソ
ードは乱されることがなくなり、ショット雑音をさらに
小さい値にすることができる。

【００４８】本実施形態によれば、以上のようにアノー
ドに入射するビーム電流をほとんどなくせるので、アノ
ードから後方散乱した電子がバーチャルカソードに悪影
響を及ぼすことがなくなりショット雑音を著しく低減す
ることができる。

【００４９】以上の構成により電子銃電流のショット雑
音が(倍に小さくなるとする。しかしながら、途中のＮ
Ａ開口等で一次電子ビームの大部分を除くことにより、
ウェーハ上に届くビーム電流ははるかに小さい値になる
ことから、ウェーハ上に届くビーム電流に入る分配雑音
（二つ以上の電極間に電子ビームを分配するとき電子線
装置内で発生する雑音）を考慮する必要が生じる。カソ
ード上でのショット雑音電流は次のように算出できる。

【００５０】

【数１】

【００５１】この［数１］は、電子銃電流（すなわち、
カソードから放出される電流）Ｉ₀のショット雑音が(倍
に小さくなるとした場合の、従来から知られているショ
ット雑音の式である。この式をさらに分配雑音を含めて
書くと、下記の［数２］のようになる（「電子ビームテ
スティングハンドブック 第７巻」６４頁（昭和６２年
発行）を参照）。［数２］の第２項が、分配雑音（part
ition noise）を示しており、第１項が電子銃電流のシ
ョット雑音の透過した寄与を与えている。

【００５２】

【数２】

【００５３】

【数３】

【００５４】

【数４】

【００５５】

【数５】

【００５６】ここで、i_n ²は、試料としてのウェーハ上
でのショット雑音電流の二乗平均値、Ｉ₀は、カソード
から放出される電流値（即ち、カソード電流、電子銃電
流）Ｉ_bは、試料面としてのウェーハ面を流れるビーム
電流値（即ち、試料電流）、 ｅ＝１．６×１０^-19ｃ、 Γ<１、 Δｆ＝ショット雑音を測定する周波数帯域である。

【００５７】式（５）は、式（１）のＩ₀をＩ_bに変えた
式である。即ち試料電流で考えてもショット雑音は(倍
に減少する事になる。以上のように、本実施形態によれ
ば、カソード電流のみでなく、試料電流に含まれるショ
ット雑音も小さくすることができる。

【００５８】次ぎに、本願発明に係るウェーハの位置と
回転姿勢を較正するための較正装置について説明する。
本願発明の一実施形態に係る較正装置は、粗調整装置と
微調整装置とを備えている。

【００５９】粗調整装置は、図２に示されているよう
に、試料としてのウェーハ１６の位置と回転姿勢を測定
する静電容量センサーを用いた測定装置１２０を備えて
いる。測定装置１２０は、ウェーハの周辺部に等間隔に
配置された３個の静電容量式位置センサ１２２、１２
４、１２６を備えている。３個の静電容量式位置センサ
１２２、１２４、１２６は、周方向に互いに対して１２
０°の間隔をあけて配置されている。静電容量式位置セ
ンサの電極面は、図３に示されているように、その縦断
面において、ウェーハの周方向側面（換言すれば、エッ
ジ面）１７とほぼ同じ曲率を持たせてあり、これによっ
て、ウェーハとの距離を正確に計測できるようになって
いる。静電容量式位置センサは、その平面においても、
ウェーハの周方向側面とほぼ同じ曲率を持たせることが
できる。静電容量式位置センサとウェーハとの間の距離
が小さくなると、静電容量が大きくなり、静電容量式位
置センサとウェーハとの間の距離が大きくなると、静電
容量が小さくなる。この原理に基づいて、３個の静電容
量式位置センサの各々は、ウェーハ１７のエッジ面１７
とのそれぞれの距離を測定する。このようにして、３個
の静電容量式位置センサの各々とウェーハのエッジ面１
７とのそれぞれの距離が測定されると、制御装置２２０
は、これら３箇所の距離からウェーハの中心４５の位置
を計算により求める。以上のようにして、ウェーハの中
心４５の位置が求められると、制御装置は、記憶装置に
記憶されている基準中心位置と比較し、この位置が基準
中心位置からずれていた場合、ＸＹステージを移動させ
て、ウェーハ１７の中心１９の位置の較正を行う。な
お、３個の静電容量式位置センサにより、ウェーハ１７
のエッジ面１７との距離を測定する際、後述するウェー
ハ１６に形成されたノッチ１９が静電容量式位置センサ
に対向する位置に配置されると正確に距離が計れなくな
るので、ノッチ１９が、静電容量式位置センサの非対向
位置に位置決めされるようにウェーハの位置を事前に調
整する必要がある。

【００６０】上述したように、ウェーハ１６のエッジ面
１７には、ノッチ２１が形成されており、図２に示され
ている状態では、ノッチ２１は、静電容量式位置センサ
１２６の近傍にあるが、静電容量式位置センサ１２６の
非対向位置にある。制御装置２２０は、θステージ１０
２に指令を与えてθステージ１０２を回転させながら、
静電容量式位置センサ１２６とノッチ２１との距離を測
定することによって、すなわち、ノッチ２１が静電容量
式位置センサ１２６の対向位置にきた際に生じる静電容
量式位置センサ１２６からの出力の変化を検出すること
によって、ウェーハの回転ずれ（θ方向のずれ）を測定
するようになっている。θ方向にずれがあった場合、制
御装置は、上述のようにθステージ２３０を稼働させる
ことにより、自動的にウェーハの回転ずれの較正を行
う。ウェーハ１６の欠陥検査等の評価を行うときは、ウ
ェーハ中心１９とノッチ２１を結んだ線に平行に（すな
わち、ｙ方向に）ｙ方向ステージを連続移動させながら
評価を行うことができる。

【００６１】３個の静電容量式位置センサ１２２、１２
４、１２６によって、ウェーハの中心の位置ずれの較正
とウェーハの回転ずれの較正を行うことによって粗調整
を行った後、微調整装置による微調整を行う。微調整装
置は、制御装置２２０の制御部２２１や記憶装置２２２
などから構成されており、図４に示されているようなパ
ターンマッチングを用いてウェーハの位置の較正を行
う。

【００６２】図４の実線のパターンは、電子線装置によ
り検出されたウェーハ１６の１個目のダイ（例えば、図
２の２００）でのパターンであり、点線は２個目のダイ
（例えば、図２の２０２）でのパターンとする。まず、
欠陥検査を行う前に、パターンマッチングによって点線
のパターンの座標と実線のパターンの座標との差Δｘ及
びΔｙを求める。その後、差Δｘ及びΔｙが０になるよ
うに点線のパターンの座標を実線のパターンの座標に、
あるいは、実線のパターンの座標に合わせる。次いで、
互いの座標が一致した１個目のダイでのパターンと２個
目のダイでのパターンとを比較することによって欠陥を
検査する。すなわち、上記差ΔｘとΔｙを考慮すること
により、ｘ方向及びｙ方向の微調整が行われたことにな
る。このように本実施形態によれば、実線のパターンと
点線のパターンのようにずれがあっても、相関演算する
等によってパターンマッチングを行って欠陥検査を行う
ようにしたので、従来測定前に行われていたレジストレ
ーション（図４の実線のパターンのｙ方向のダイ寸法だ
け位置をずらしてほぼ点線のパターンに重なる様にステ
ージを移動させ、ビーム照射位置を微調整すること）を
行って検出画像を合わせる必要がないので、スループッ
トを大きくすることができる。

【００６３】次ぎに、θ方向の微調整について説明す
る。電子線装置でウェーハの欠陥を検査する際、例え
ば、ダイ２００の検査が終了するとその隣のダイ２０２
を検査するように、ｙ方向ステージを順次移動させなが
らダイ２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１
０の順番で第１列の検査が行われる（図２参照）。第１
列の検査が終了した時点で、１個目のダイ２００でのパ
ターンとこれより遠い６個目のダイ２１０とのパターン
マッチングとを比較することによって、図３に示される
δ方向のずれを検出することができる。すなわち、この
ずれδは、それぞれのダイに形成されたパターンの方向
と、先に測定したウェーハの中心とノッチを結んだ線を
ｙ軸とした座標との角度差、換言すれば、ウェーハの回
転方向θのずれを意味している。１個目のダイ２００と
６個目のダイ２１０とのｘ方向の距離の差をＬとし、１
個目のダイ２００のパターンの座標と６個目のダイ２１
０のパターンの座標との差がΔｘであった場合、δ＝Δ
ｘ／Ｌとみなすことができる。δ方向のずれが検出され
た場合、制御装置２２０はθステージ１０２を稼働させ
て(が０となるように補正を行う。このように、δ方向
のずれを考慮することによって、ウェーハの回転方向θ
のずれの微調整を行う。

【００６４】このように、本実施形態によれば、粗調整
と微調整とを行うことにより、ウェーハの位置ずれを正
確に較正することができる。次に図６及び図７を参照し
て、上記実施形態で示した電子線装置により半導体デバ
イスを製造する方法の実施態様を説明する。

【００６５】図６は、本願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）ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェ
ーハを準備するウェーハ準備工程）（ステップ４００） （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）（ステップ４
０１） （３）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４０２） （４）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４
０３） （５）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４０４）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。

【００６６】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んでいる。 （Ａ）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） （Ｂ）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程 （Ｃ）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）を用いてレジストパターンを形成
するリソグラフィー工程 （Ｄ）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） （Ｅ）イオン・不純物注入拡散工程 （Ｆ）レジスト剥離工程 （Ｇ）加工されたウェーハを検査する工程 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。

【００６７】図７は、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。 （ａ）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
５００） （ｂ）レジストを露光する工程（ステップ５０１） （ｃ）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５０２） （ｄ）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（ステップ５０３） 上記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。

【００６８】上記（Ｇ）の検査工程に本願発明に係る欠
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成る。

【００６９】以上が、本願発明の各実施形態であるが、
本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。

【００７０】

【発明の効果】以上のように本願発明によれば、電圧供
給装置によりアノードに与える電圧を変化させ、画像形
成装置からの出力に基づいて、カソード及びウェーネル
トとアノードとの間の軸合せを評価し、必要であれば、
ウェーネルト、アノード、あるいはカソードとウェーネ
ルトの組のいずれかを、電子線装置の光軸方向に整合さ
せることができるようにしたので、一次電子ビームがア
ノード穴を正確に通過することとなって、一次電子ビー
ムがアノードに入射することがなくなる。これによっ
て、アノードから電子が後方散乱してカソードに悪影響
を与えることがほぼなくなり、ショット雑音が低減さ
れ、試料面に照射する一次電子ビームの電流値が小さく
ても、１ピクセル当たりの二次電子検出数を必要個数以
上確保することができ、試料の欠陥検査を正確に行うこ
とができる。しかも、ピクセル時間を長くする必要がな
くなり、試料を短時間で評価できる。さらに、試料面に
照射する一次電子ビームの照射量が小さくて済むことか
ら、試料面上の絶縁膜に電子が帯電する可能性が低くな
り、これによって、電子シャワーの必要性がなくなる。

【００７１】また、本願発明によれば、マグネスケール
あるいはレーザースケールからの信号に基づいて、一次
電子線で走査されている試料の位置を算出するようにし
たので、従来のようなレーザ干渉計と比較して、短時間
で、前記スケールの取り付け及び調整を行うことができ
る。

【００７２】さらに、試料を支持する試料台の周囲に配
置された少なくとも３つの静電容量センサーを用いて試
料の中心位置の基準値からのずれ値と試料の回転姿勢の
基準値からのずれ値とを算出すると共に、このずれ値を
較正するようにしたので、欠陥の評価を正確に行うこと
ができる。また、試料の任意の位置の１つのダイのパタ
ーンと、他のダイのパターンとの座標位置のずれを整合
させてから、試料の欠陥を検査するようにしたので、欠
陥の評価をより正確に行うことができる。

【００７３】さらに、パターンマッチングを行うので、
レジストレーションを行う必要がなく、また、測定前に
レジストレーションを行う必要が無いのでスループット
を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の実施形態に係る電子線装置
の概略図である。

【図２】図２は、電子線装置をウェーハの上方からみた
ときの概略平面図である。

【図３】図３は、図２の一部を破断した部分概略縦断面
図である。

【図４】図４は、ウェーハ位置測定方法とパターンマッ
チングの説明図である。

【図５】図５は、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６】図６は、図５の半導体デバイスの製造方法のう
ち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】

１０ 電子銃 １２ 一次電子ビ
ーム １４ 照射系 １６ 試料 １８ 二次電子 ２０ 検出系 ２２ カソード ２４ ウェーネル
ト ２６ アノード ２８ ヒータ ３０ 一対の柱状の電極 ３２ 絶縁スペー
サ ３４ シールド ３６ 碍子 ３８ 電子銃室側壁 ４０ 支持部分 ４２ ねじ ４４ ねじ ４２ａ ねじの先端 ４４ａ ねじの先
端 ４６ 絶縁体 ４８ 電子銃室底
壁 ５０ 導線 ５２ 電圧源 ５４ ウォブラー信号供給装置 ５６ 電圧供給装
置 ５８ コンデンサレンズ ６０ 軸合わせ偏
向器 ６２ ＮＡ開口 ６４ 軸合わせ偏
向器 ６６ コンデンサレンズ ６８ 軸合わせ偏
向器 ７０ 静電偏向器 ７２ Ｅ×Ｂ分離
器 ７４ 対物レンズ ７６ 静電偏向器 ７８ 電磁偏向器 ８０ ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート） ８２ アノード ８４ Ａ／Ｄ変換
器 ８６ 画像形成装置としての画像形成回路 ８８ 走査電源 １００ 試料台 １０２ 静電チャック（θ方向ステージ） １０４ ｘ方向ステージ １０６ ｙ方向
ステージ １０８ ベース １１０ ｘ方向
用のマグネスケール １１２ マグネスケール用のセンサー １１４ ｙ方向
用のマグネスケール １１６ マグネスケール用のセンサー １２０ 測定装
置 １２２ 静電容量式位置センサ １２４ 静電容
量式位置センサ １２６ 静電容量式位置センサ ２００ ダイ ２０２ ダイ ２０４ ダイ ２０６ ダイ ２０８ ダイ ２１０ ダイ ２２０ 制御装
置 ２２１ 制御部 ２２２ 記憶装
置 ２２３ 基準画像記憶部 ２２４ 二次電
子画像記憶領域 ２２５ ＣＲＴモニーター ２２７ 二次電
子画像 ２２８ 入力部 ２２９ 制御プ
ログラム ２３０ θステージ

フロントページの続き (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 (72)発明者 曽布川 拓司 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 BA02 CA38 DB05 5C030 AA06 AB02 BB02 BB05 BB06 BB07 BC03 BC06 5C033 UU03 UU04

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料からの二次電子を検出して試料の評
   価を行う電子線装置であって、 熱電子放出カソードと、当該熱電子放出カソードの周囲
   に配置されたウェーネルトと、熱電子放出カソードの下
   流側に配置されたアノードとを有する電子銃と、 前記電子銃から放出される一次電子ビームをレンズ系で
   細く成形し、当該成形された一次電子ビームを試料に照
   射し且つ前記一次電子ビームで試料面上を走査する照射
   系と、 前記試料から放出された二次電子を検出する検出系と、 前記試料の欠陥を検査するために、前記検出系で検出さ
   れた二次電子を画像処理する画像形成装置と、 前記アノードをアースから絶縁する絶縁体と、 前記アノードに、変化する電圧を与える電圧供給装置と
   を備え、 前記電圧供給装置により前記アノードに与える電圧を変
   化させたときの、前記画像形成装置からの出力に基づい
   て、前記カソード及びウェーネルトと前記アノードとの
   間の軸合せを評価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、 さらに、前記ウェーネルト、前記アノード、あるいは前
   記カソードとウェーネルトの組のいずれかを、電子線装
   置の光軸と直交する方向に微調整可能である調整装置を
   備えた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、 前記アノードは、前記カソードから放出される一次電子
   ビームの通過を許容するアノード穴を有しており、 前記アノード穴の径は、そこでの一次電子ビーム径の４
   倍以上の寸法を有していることを特徴とする電子線装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の電子線装置において、 前記アノードは、前記カソードから放出される一次電子
   ビームの通過を許容するアノード穴を有しており、 前記アノード穴の径は、前記一次電子ビームの影響によ
   り前記アノードに流れる電子銃電流がほとんど０となる
   ように寸法決めされていることを特徴とする電子線装
   置。
5. 【請求項５】 電子銃の動作条件を空間電荷制限条件と
   し、試料に流れる試料電流をＩ_bとしたとき、試料電流
   が持つショット雑音電流 が 但し、ｅ＝１．６×１０^-19ｃ Γ<１、 Δｆ＝ショット雑音を測定する周波数帯域 で表されることを特徴とする電子線装置。
6. 【請求項６】 電子銃から放出された一次電子ビームを
   レンズ系で細く絞って細く絞られた一次電子ビームを形
   成し、該細く絞られた一次電子ビームで前記試料面上を
   走査し、前記試料から放出される二次電子を検出して試
   料面を評価する電子線装置において、 前記試料を支持する試料台に設けられたマグネスケール
   あるいはレーザースケールと、 前記マグネスケールあるいはレーザースケールからの信
   号に基づいて、前記一次電子線で走査されている試料の
   位置を算出する制御装置とを備えていることを特徴とす
   る電子線装置。
7. 【請求項７】 電子銃から放出された一次電子ビームを
   レンズ系で細く絞って細く絞られた一次電子ビームを形
   成し、該細く絞られた一次電子ビームで前記試料面上を
   走査し、前記試料から放出される二次電子を検出して試
   料面を評価する電子線装置において、 前記試料を支持する試料台の周囲に配置された少なくと
   も３つの静電容量センサーと、 前記静電容量センサーからの出力値に基づいて、前記試
   料の中心位置の基準値からのずれ値と前記試料の回転姿
   勢の基準値からのずれ値とを算出する制御部と、 前記試料の中心位置と回転姿勢が較正されるように、前
   記制御部からのずれ値に基づいて前記試料台を移動させ
   る移動装置とを備えていることを特徴とする電子線装
   置。
8. 【請求項８】 請求項７に記載の電子線装置において、 前記試料の回転姿勢の基準値からのずれ値は、前記試料
   の周辺部に形成された切欠きを、少なくとも１つの静電
   容量センサーにより検出することにより求めることを特
   徴とする電子線装置。
9. 【請求項９】 請求項７に記載の電子線装置において、 さらに、 前記試料から放出された二次電子を検出する検出系と、 前記検出系で検出された前記試料の任意の位置の１つの
   ダイのパターンと、他のダイのパターンとの座標位置の
   ずれを整合させる整合ソフトウェア又は装置と、 前記整合ソフトウェア又は装置により整合された１つの
   ダイのパターンと他のダイのパターンとを比較すること
   により、試料の欠陥を検査する検査装置とを備えている
   ことを特徴とする電子線装置。
10. 【請求項１０】 請求項１ないし９のいずれか１項に記
    載の電子線装置を使用してプロセス途中のウェハの評価
    を行うことを特徴とする、デバイス製造方法。