JP2004335190A - 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子線装置は、TaCカソードを有する電子銃1と、1次電子線を長方形ビームに成形し(3,4,5)、E×B分離器11により偏向させてから試料15のターゲット上に照射する1次光学系(2、6、12、13)と、2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を、MCPを介在させないでシンチレータ板21に拡大投影する2次光学系(13、12、18、20)と、投影された2次電子像を検出するTDIセンサー24と、を備える。角度α、β及びγを夫々90度より小さい正の実数、且つ、α>βとしたとき、1次電子線は、E×B分離器11の近傍までは2次光学系の光軸26に対して角度αで入射され、E×B分離器11により角度(α−β)だけ偏向され、次にレンズ12、13により、試料15の法線に対して角度γでターゲットに照射される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば最小線幅0.1μm以下のパターンを有するウェーハ又はマスク等の試料の欠陥検査等の評価を、高スループット及び高解像度で行うための電子線装置、並びに、当該電子線装置を用いてプロセス途中又は終了後の試料を評価する、デバイス製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
写像投影光学系を用いてウェーハ等の試料の欠陥検査を行う電子線装置は公知となっている(例えば、特許文献1、特許文献2及び特許文献3参照)。この装置は、電子銃から放出された電子線を、所謂E×B分離器で偏向させてウェーハ等の試料に照射し、該試料から放出された2次電子線を写像投影することにより画像を形成し、該画像から試料の欠陥検査等を行う。
【0003】
従来のこの写像投影型の電子線装置では、写像投影される像のピクセル当たりの電子数が少ないため、マイクロチャンネルプレート(MCP)で電子像の電子数を増倍させ、増倍させた像をシンチレータに入射させて光に変換し、その光の像をCCDカメラ又はTDIカメラで検出することにより試料の2次元像を得る方式が採用されていた。この方式では、MCPとシンチレータとの間には、電圧が印加されており、その電圧により放電が生じないように、その間隔は0.8mm程度に設定されている。
【0004】
【特許文献1】
特開平4−242060号公報
【特許文献2】
特開2002−216694号公報
【特許文献3】
国際特許公開WO02/01596A1
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の写像投影光学系の電子線装置では、MCPとシンチレータとの間の間隔に起因して、MCPを出た直後では高解像度であってもシンチレータ像では40μm程度のボケが生じてしまうという問題があった。
【0006】
更にもう一つの問題点として、上記従来技術では、E×B分離器と、ターゲットとしての試料の間で1次電子線と2次電子線とが共通の光路上を互いに逆方向に進行するため、1次電子線による電流が1μAを超えた場合、それが作る空間電荷が大きくなり2次電子線のボケが顕著に発生するという問題もあった。
【0007】
本発明は、上記事実に鑑みてなされたもので、上記したMCPとシンチレータとの間の間隔及び空間電荷効果の少なくともいずれかに起因したビームボケを防止した、電子線装置を提供することを目的とする。
【0008】
更に、本発明は、上記電子線装置を用いてプロセス途中若しくはプロセス終了後の半導体デバイスを検査することによって、検査精度及びスループットの向上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。
【0009】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の一態様は、熱電界放出型又はショットキーカソード型の高輝度電子銃と、該電子銃から放出された1次電子線を試料のターゲット上に照射する照射手段と、該ターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を拡大投影するための写像光学系と、該写像光学系により投影された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を、電子増倍手段を介在させること無しに検出するための検出手段と、を備える。
【0010】
本発明の上記態様によれば、熱電界放出型又はショットキーカソード型の高輝度電子銃を用いたので、高強度の1次電子線が試料のターゲット上に照射手段を介して照射される。1次電子線の高い強度によって、十分に多くの高強度の2次電子、後方散乱電子又は反射電子が試料のターゲットから放出され、それらの像は、写像光学系により拡大投影され、MCP(電子増倍手段)を介在させること無しに検出手段により検出される。このように本態様では、十分に多くの高強度の2次電子等を発生させることができるため、S/N比の良い2次電子像が得られる。即ち、検出手段の好ましい態様はCCDやTDI検出器であるが、それらのピクセル当たりの2次電子数をMCP等の電子増倍手段を用いずに十分確保できる。
【0011】
かくして、本態様では、MCP等の電子増倍手段を省略することができるので、電子増倍手段(MCP)と電子像を光の像に変える面(シンチレータ)との間の間隔に起因した、2次電子像のボケの問題は必然的に消失する。また、2次電子を直接検出するTDIやCCD検出器を使える可能性もあり、この場合にも同様の効果を奏する。
【0012】
熱電界放出型の電子銃の好ましい態様は、TaCカソードを備える。ショットキーカソード型の電子銃の好ましい態様は、ジルマニウムタングステンカソードであり、先端が球の一部の形状を持つLaB6カソードを備え、空間電荷制限条件で動作されるものも好ましい。
【0013】
本発明の別の態様は、電子銃と、該電子銃から放出された1次電子線を断面が線状又は長方形のビームに成形し、E×B分離器により偏向させてから試料のターゲット上に照射する照射手段と、該ターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を拡大投影するための写像光学系と、該写像光学系により投影された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を検出するための検出手段と、を備え、該1次電子線の主光線と該写像光学系の主光線とは、該ターゲットと該E×B分離器の近傍とで交わり、それ以外の場所では、前記長方形ビーム又は視野の短辺方向にずれていることを特徴とする。
【0014】
本発明のこの態様によれば、電子銃により放出された1次電子線は、照射手段により断面が線状又は長方形のビームに成形され、次にE×B分離器により偏向される。偏向された1次電子線は、例えば照射手段の光学要素により試料のターゲット上に照射される。1次電子照射によりターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像は、写像光学系により拡大投影され、検出手段により検出される。
【0015】
このとき、2次電子等は、写像光学系の拡大投影の過程でE×B分離器を通過するが、本態様では、1次電子線の主光線と、写像光学系の主光線即ち2次電子の主光線とは、ターゲットとE×B分離器の近傍とでのみ交わり、それ以外の場所では、長方形の短辺方向にずれている。従って、空間電荷効果による2次電子像のボケを軽減でき、或いは、空間電荷効果によるボケを一定としてビーム電流を増加できる。
【0016】
本発明の更に別の態様は、電子銃と、該電子銃から放出された1次電子線を成形し、E×B分離器により偏向させてから試料のターゲット上に照射する照射手段と、該ターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を拡大投影するための写像光学系と、該写像光学系により投影された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を検出するための検出手段と、を備え、角度α、β及びγを夫々90度より小さい正の実数、且つ、α>βとしたとき、照射手段は、E×B分離器の近傍までは写像光学系の光軸に対して角度αで1次電子線を入射するように配置され、E×B分離器は、入射してきた1次電子線を、写像光学系の光軸に対して角度(α−β)偏向させるように偏向量が設定され、E×B分離器より試料側に近い照射手段の光学要素は、E×B分離器により偏向された1次電子線を、試料の法線に対して角度γでターゲットに照射するように構成されていることを特徴とする。
【0017】
更に別の態様によれば、電子銃により放出された1次電子線は、照射手段により成形された後、E×B分離器の近傍まで写像光学系の光軸に対して角度αで入射される。E×B分離器に入射してきた1次電子線は、写像光学系の光軸に対して角度(α−β)偏向される。偏向された1次電子線は、E×B分離器より試料側に近い照射手段の光学要素により、試料の法線に対して角度γでターゲットに照射される。1次電子照射によりターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子は、その主光線が写像光学系の光軸に沿って進行する間に、その像が拡大投影され、検出手段により検出される。
【0018】
かくして、本態様においても、1次電子線の主光線と、2次電子等の主光線とは、ターゲットとE×B分離器の近傍とでのみ交わり、それ以外の場所では、離れた軌道を取ることになる。従って、空間電荷効果による2次電子像のボケをほとんど無視することができるように軽減できる。更に、1次電子線は、90度より小さい角度γでターゲットに照射されるため、試料に段差パターンがある場合等には、この段差が凹であるか凸であるかによって画像の明暗のでき方が異なる。即ち、立体情報を含む2次電子像(立体的なSEI像)が得られる。
【0019】
本発明のデバイス製造方法は、上記各態様の電子線装置を用いて、半導体デバイスとしての試料を、プロセス途中又は少なくとも1つのプロセス終了後に評価することを特徴とする。
【0020】
本発明の他の利点及び作用効果は、以下の説明によって更に明らかとなる。
【0021】
【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。
【0022】
(第1の実施形態;電子線装置)
図1には、本発明の実施形態に係る電子線装置の主要部が示されている。なお、本実施形態は、試料15上の電子線のターゲット照射領域を長方形に設定しており、図1は、この長方形の長辺方向を視線方向として眺めた図である。即ち、図1の横方向は、該長方形の短辺方向に相当する。
【0023】
第1の実施形態に係る電子線装置は、TaCカソードを有する熱電界放出型の電子銃として構成された電子銃1を備えている。このTaCカソードは、空間電荷制限を避けて高輝度電子ビームを得るため、例えば陰極先端の曲率半径を小さくしたポイント型陰極として構成される場合、ヘアピン型フィラメントの先端にTa線を点溶接し、電界研磨によりチップ先端を点陰極化した後、炭化を行うことにより形成される。このTaCカソードは、高温で優れた安定性を示し、W点カソードよりも低い入力パワーで十分な試料電流が得られ、且つ、寿命も長いことが知られている。
【0024】
電子銃1から放出された1次電子を試料15の必要十分な領域(ターゲット)上に照射する1次光学系は、1次電子を集束させるコンデンサレンズ2と、集束された1次電子線の断面を長方形に成形するビーム成形開口4と、成形された1次電子ビームを開口像17に結像させる照射レンズ6と、1次電子ビームを偏向させるE×B分離器11と、偏向された1次電子ビームを試料15上に縮小結像させる投影レンズ12及び対物レンズ13と、を備えている。
【0025】
ビーム成形開口4は、開口板3に形成されているが、この開口板3には、長辺及び短辺のサイズの異なる複数の長方形開口4、5、...が形成されている。開口板3は、光学系の倍率の変更に応じて適切なサイズの長方形開口を選択できるように機械的に移動させることができる。また、照射ビームを断面が線状のビームとすることができる。ここで、「線状ビーム」とは、1ピクセル幅の細長い領域を照射可能なビームと定義する。
【0026】
本電子線装置では、1次電子線の照射に起因して試料15のターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子(以下、単に「2次電子」と称する)を写像投影するための2次光学系(写像光学系)が設けられている。この2次光学系は、E×B分離器11の主面上に拡大像を形成するための、1次光学系と共通の対物レンズ13及び投影レンズ12と、更なる拡大レンズ18と、NA開口板19と、シンチレータ板21の表面に2次電子像を拡大結像させる拡大レンズ20と、を備えている。なお、拡大レンズ20と、シンチレータ板21との間には、MCPは設けられていない。
【0027】
シンチレータ板21は、拡大された2次電子像を、直接、光に変換すると共に、本電子線装置の鏡筒の真空窓を兼ねている。このシンチレータ板21の大気側に隣接して、光学レンズ23を介して、好ましい検出素子としてTDIセンサー(Time Delay and Integration)24が配置されている。TDIセンサー24は、多数の撮像素子を全体として長方形形状に配置してなるセンサー(例えば2048ピクセル×512ピクセル)である。試料がステージ(図示せず)によりその短辺方向に移動されるとき、TDIセンサーは、短辺方向のピクセルから出力された時間遅延信号を加算出力する。この加算処理によって、その長辺方向の各ライン撮像素子のノイズ成分が相殺され、画像データ信号のS/N比を大幅に向上させることができる。勿論、本実施形態の電子線装置では、TDIセンサー24の代わりに通常のCCDカメラを用いることもできる。
【0028】
TDIセンサー24には、該センサーにより出力された検出信号に基づく2次電子画像から試料15のターゲット領域の欠陥候補を検出したり、その欠陥候補を分類するための計算機(図示せず)を接続することができる。
【0029】
図示のように、1次光学系の光軸25と2次光学系の光軸26とは、角度α(α<90度)をなしている。従来のE×B分離器では、1次電子ビームを、その進行方向に対して角度αだけ曲げ、即ち1次電子ビームを2次光学系の光軸26に平行となるように曲げて試料に垂直に入射させていた。これに対し、本実施形態に係るE×B分離器11は、1次電子ビームを、角度αの約半分程度に相当する角度βしか曲げない(即ち、光軸26に対しては角度(α−β)曲げる)ように偏向量が設定されている。一方、E×B分離器11は、試料側から光軸26に平行に入射する2次電子に対しては、従来と同様に、電場Eから受ける力と磁場Bから受ける力の影響が相殺される条件(ウィーン条件)を形成している。
【0030】
電子線に対して入射方向に応じた上記偏向作用を及ぼすようにするため、E×B分離器11は、静電偏向器7、x方向電磁偏向器8、y方向電磁偏向器9及びフェライトコア10が同じz位置に設けられることにより構成されている。
【0031】
次に、本実施形態の作用を説明する。
電子銃1から放出された電子は、コンデンサレンズ2によって集束されて1次電子ビームとなり、ビーム成形開口4でその断面が長方形に成形される。成形された1次電子ビームは、照射レンズ6で開口像17に結像されてからE×B分離器11に至り、2次光学系と交わる。このとき、1次電子ビームは、E×B分離器11によって、2次光学系の光軸26と平行になる角度α迄は曲げられず、その半分程度の角度βのみ曲げられる。このため、1次電子の主光線は、その偏向後において、図示のように、その逆方向に進む2次電子(2次光学系の主光線)に対して長方形ターゲット照射領域の短辺方向にずれることとなる。次に、1次電子線は、その主光線が2次光学系の主光線から短辺方向にずれた状態のまま、投影レンズ12によりクロスオーバー16を形成される。次に、1次電子線は、対物レンズ13により屈折され、試料15上のターゲット照射領域に、その法線に対して角度γ(γ<90度)で照射されて最後に2次光学系と再び交わる。ここで、参照番号22は、ターゲット照射領域の短辺22を表している。このように、1次電子及び2次電子が重複する領域は、E×B分離器の近傍とターゲットの近傍のみとなっている。
【0032】
ターゲット照射領域(22)から放出された2次電子は、対物レンズ13によりクロスオーバー14を形成され、更に投影レンズ12により拡大されてからE×B分離器11を略直進して通過する。その後、拡大レンズ19によりNA開口板19の開口付近でクロスオーバーを形成してから、拡大レンズ20により更に拡大されてシンチレータ板21に投影され、2次電子像を形成する。シンチレータ板21により光に変換された2次電子像は、光学レンズ23を介してTDIセンサー24により検出される。
【0033】
本実施形態によれば、電子銃1は、TaCカソードの熱電界放出電子銃であるので、クロスオーバー16は比較的小さくなり、しかも上述のように、1次電子及び2次電子が重複する領域がE×B分離器の近傍とターゲットの近傍のみであるため、空間電荷効果による2次電子像のボケが小さくなるので、1次電子ビーム電流を大きくすることができる。
【0034】
更に、電子銃1のTaCカソードの輝度は、通常のLaB6電子銃と比べて3桁程度大きいので、シンチレータ板21を十分に発光させることができ、本実施形態のようにMCPを省略することが可能となる。従って、MCPとシンチレータ板21との間の空間に起因した問題が消失し、2次電子像のボケを電子光学系それ自体のボケのみに制限することができる。
【0035】
また、E×B分離器11で1次電子線を偏向する量は従来の半分程度でよいため、2次光学系での偏向収差も半分程度になる。更に、偏向量が小さくて済むため、E×B分離器11を構成する偏向コイルに流す電流も小さくて済み、これにより、コイルの発熱量を減少させ、装置を安全に動作させることができる。
【0036】
以上のようにTDIセンサー24により検出されたボケの少ない2次電子画像に基づいて、図示しない計算機は、試料15のターゲット領域の欠陥候補を高精度に検出することができる。
【0037】
この欠陥検出では、計算機は、例えば、そのメモリに予め蓄えられていた欠陥の存在しない試料15の2次電子線基準画像と、実際に検出された2次電子線画像とを比較照合し、倍率補正、回転、平行移動補正を行った後、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、「欠陥候補」と判定し、閾値を超える場合には「欠陥候補ではない」と判定する。
【0038】
また、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。この場合、パターンマッチングは平行移動補正のみを行えばよい。例えば、1番目に検出されたダイの画像及び2番目に検出された他のダイの画像が非類似であり、3番目に検出された別のダイの画像が1番目の画像と同じか又は類似と判断されれば、2番目のダイ画像が欠陥候補であると判定される。また、パターンを横切って走査したときの2次電子の強度信号が予め較正された所定のスレッショールドレベルを連続的に超える部分の幅を当該パターン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候補であると判定することができる。
【0039】
本実施形態に係る電子線装置は、1次電子を直角から外れた角度γで試料のターゲット領域に照射するので、段差のあるパターンでは影が形成されるため立体的な2次元画像が得られる。例えば図1に示すように1次電子線が図面に向かって右側斜めから照射される場合を考える。凸パターンの場合、右側壁に1次電子線が照射されるが左側壁には照射されないため、右側壁が明るく、左側壁で暗くなった2次電子画像が得られる。逆に、凹パターンの場合には、左壁のみに1次電子線が照射され、右側壁には照射されないため、凸パターンのものとは明暗パターンが左右反転した2次電子画像が得られる。図示しない計算機は、そのメモリに立体的なSEM画像を分類する上で必要となる分類情報(例えば、上記した凹凸パターンについての明暗分布)を記憶しており、該分類情報と、実際に得られた欠陥候補箇所の2次電子画像の明暗分布とを比較し、該当した分類情報から、該欠陥候補の分類を行う。この欠陥候補の分類結果に基づいてキラー欠陥かそうでないか等も評価することができる。
【0040】
(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態に係る電子線装置を再び図1を用いて説明する。
【0041】
第2の実施形態の電子線装置の電子銃1は、TaCカソードの代わりに、カソード先端が15〜30μmR(半径)の球の一部として形成された単結晶LaB6の熱電子放出カソードを用いる。この電子銃は、後述する空間電荷制限条件で動作される。
【0042】
加えて、本実施形態では、NA開口板19の開口径を大きくすることにより、2次光学系の透過率を向上させるのが好ましい。NA開口板19の開口径を大きくすることにより、ビームボケが大きくなるが、第2の実施形態では、そのボケ範囲をピクセル寸法と同程度か或いはそれより小さく抑えつつ、2次電子の透過率を40%以上確保している。
【0043】
第2の実施形態によれば、上述のように空間電荷制限条件で動作制御される上記形状のLaB6カソードを用いたので、電子銃1のショット雑音を減少させつつ輝度を比較的高くすることができる。更には2次電子の透過率を40%以上確保した。従って、第2の実施形態においても、MCPを省略しても十分にS/N比の良好な2次電子像を得ることができ、第1の実施形態と同様の効果が得られる。
【0044】
次に、空間電荷制限条件でショット雑音が減少する理由及び電子銃を空間電荷制限条件に維持する方法について説明する。
【0045】
電子銃の状態がカソード温度で決まっている状態、即ち温度制限領域で作動中の場合、電子銃が放出するショット雑音inは、次式で表される(電気通信学会編「通信工学ハンドブック」P.471(1957年)を参照)。
【0046】
in 2=2e・Ip・Br (1)
(1)式において、in 2は雑音電流の2乗平均値、eは電子の電荷、Ipはアノード直流電流、Bfは信号増幅器の周波数帯域である。
【0047】
これに対し、電子銃が空間電荷制限領域の場合は、
in 2=Γ22e・Ip・Br (2)
となる。(2)式において、Γ2はショット雑音低減係数で、1より小さい値である。
【0048】
このように電子銃が空間電荷制限条件で動作すると、カソード近傍にバーチャルカソードと呼ばれるポテンシャルの谷が形成される。熱電子は、このポテンシャルの谷(電子にとっては障壁)を越えるエネルギーを持つもののみが電子銃電流となる。何かのきっかけで電流が多く流れると、この谷は深くなり、電流が流れ難くなる。即ち、ネガティブフィードバックがかかることになる。これが、ショット雑音が小さくなる理由である。
【0049】
Γ2は、カソード温度が十分大きい場合、最小0.018程度になり、雑音電流は、温度制限領域の場合の13%まで小さくなる。この場合のS/N比は、2次電子≒1次電子であると仮定すると、
となる。Γ=0.13とすると、(3)式から、以下のS/N比が得られる。
S/N=7.5(n/2)1/2 (4)
(n:2次電子個数/ピクセル)
【0050】
即ち、空間電荷制限領域で動作する電子銃は、温度制限領域での電子銃(ショットキーカソードやTFE)に比べて、ピクセル当たりの2次電子数を55倍(=1/Γ2=1/0.132)多く検出したのと等価となる。後者が前者よりも輝度が2桁程度大きいので、同じビーム径を想定すると、後者は前者よりも2桁大きいビーム電流が得られるが、S/N比は前者比で1/55となる。言い換えると、空間電荷制限領域の電子銃では、温度制限領域の電子銃に比べて、測定時間が100/55≒1.8倍必要となるが、ドーズは1/55で済むことになる。
【0051】
電子銃が空間電荷制限領域で動作中であるか否かは、図2を参照して以下に説明する方法で調べることができる。
【0052】
図2(A)は、電子銃電流とカソード加熱電流との関係を表している。同図において、領域Pは、カソード加熱電流を増大させたとき電子銃電流の増加が少ない領域であり、この領域Pが空間電荷制限領域である。
【0053】
また、図2(B)は、電子銃電流とアノード電圧との関係を表している。同図において、領域Qは、アノード電圧を増加させると電子銃電流が急速に増加する領域であり、この領域Qも空間電荷制限領域である。
【0054】
以上より、電子銃のカソード加熱電流を増大させて電子銃電流を測定し、該電子銃電流の増加が小さい領域Pであるか、又は、電子銃のアノード電圧を増大させて電子銃電流を測定し、該電子銃電流が急激に変化している領域Qであれば、電子銃が空間電荷制限領域で動作中であると判定することができる。従って、電子銃を空間電荷制限領域で動作させるための条件を設定することができる。
【0055】
(第3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欠陥検出、欠陥レビューに適用したものである。
デバイス製造工程の一例を図3のフローチャートに従って説明する。
【0056】
この製造工程例は以下の各主工程を含む。
▲1▼ ウェーハ20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)
▲2▼ 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101)
▲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102)
▲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103)
▲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。
【0057】
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。
▲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▼ 形成された薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
▲3▼ 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
▲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。
【0058】
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4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。
▲1▼ 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200)
▲2▼ レジストを露光する露光工程(ステップ201)
▲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(ステップ202)
▲4▼ 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。
【0059】
上記▲7▼のウェーハ検査工程において、本発明の上記各実施形態に係る電子線装置を用いた場合、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、画像のボケが少ないため高スループットで高精度に評価でき、更には、欠陥候補の分類も可能となるため、製品の歩留向上及び欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【0060】
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く本発明の範囲内で任意好適に変更可能である。
【0061】
例えば、試料として半導体ウェーハを例に掲げたが、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。
【0062】
また、シンチレータ板21の代わりに、電子線に感度を有するCCD又はTDI検出器を用い、直接電子線を測定することによってもMCPを省略することができる。
【0063】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように本発明によれば、以下のような優れた効果が得られる。
【0064】
請求項1の発明によれば、熱電界放出型又はショットキーカソード型の高輝度電子銃を使用するようにしたので、MCP等の電子増倍手段を省略できる。
【0065】
請求項2の発明によれば、1次電子線の主光線と写像光学系の主光線とがターゲットとE×B分離器の近傍とで交わり、それ以外の場所では、1次電子ビームの長方形形状の短辺方向にずれるようにしたので、空間電荷効果によるビームボケを軽減することができる。
【0066】
請求項3の発明によれば、E×B分離器の近傍までは写像光学系の光軸に対して角度αで1次電子線を入射し、入射してきた1次電子線を、写像光学系の光軸に対して角度(α−β)偏向させるようにしたので、空間電荷効果によるビームボケを軽減することができる。
【0067】
請求項4の発明によれば、電子銃が高輝度のTaCカソードを備えるようにしたので、1次電子ビームのビーム電流を大きくすることができる。
【0068】
請求項5の発明によれば、電子銃が、先端が球の一部の形状を持つショットキーカソードを備え、空間電荷制限条件で動作されるようにしたので、ショット雑音を少なくすることができる。
【0069】
請求項6の発明によれば、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電子線装置を用いて、半導体デバイスとしての試料を、プロセス途中又は少なくとも1つのプロセス終了後に評価するようにしたので、欠陥製品の発生を少なくする可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1及び第2の実施形態に係る電子線装置の概略構成図である。
【図2】電子線装置の空間電荷制限条件の領域を説明するための図であって、(A)は電子銃電流とカソード加熱電流との関係、(B)は、電子銃電流とアノード電圧との関係を表している。
【図3】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4】図3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 電子銃
2 コンデンサレンズ
3 ビーム成形開口板
4、5 成形開口
6 照射レンズ
7 静電偏向器
8 x方向電磁偏向器
9 y方向電磁偏向器
10 フェライトコア
11 E×B分離器
12 投影レンズ
13 対物レンズ
14 クロスオーバー
15 試料
16 1次電子線のクロスオーバー
17 開口像
18 拡大レンズ
19 NA開口板
20 拡大レンズ
21 シンチレータ板
22 視野短辺(長方形短辺)
23 光学レンズ
24 TDIセンサー
25 1次光学系光軸
26 2次光学系光軸
Claims (6)
- 熱電界放出型又はショットキーカソード型の高輝度電子銃と、
前記電子銃から放出された1次電子線を試料のターゲット上に照射する照射手段と、
前記ターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を拡大投影するための写像光学系と、
前記写像光学系により投影された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を、電子増倍手段を介在させること無しに検出するための検出手段と、
を備える、電子線装置。 - 電子銃と、
前記電子銃から放出された1次電子線を断面が線状又は長方形のビームに成形し、E×B分離器により偏向させてから試料のターゲット上に照射する照射手段と、
前記ターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を拡大投影するための写像光学系と、
前記写像光学系により投影された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を検出するための検出手段と、
を備え、
前記1次電子線の主光線と前記写像光学系の主光線とは、前記ターゲットと前記E×B分離器の近傍とで交わり、それ以外の場所では、前記長方形ビーム又は視野の短辺方向にずれていることを特徴とする、電子線装置。 - 電子銃と、
前記電子銃から放出された1次電子線を成形し、E×B分離器により偏向させてから試料のターゲット上に照射する照射手段と、
前記ターゲットから放出された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を拡大投影するための写像光学系と、
前記写像光学系により投影された2次電子、後方散乱電子又は反射電子の像を検出するための検出手段と、
を備え、
角度α、β及びγを夫々90度より小さい正の実数、且つ、α>βとしたとき、
前記照射手段は、前記E×B分離器の近傍までは前記写像光学系の光軸に対して角度αで1次電子線を入射するように配置され、
前記E×B分離器は、入射してきた1次電子線を、前記写像光学系の光軸に対して角度(α−β)偏向させるように偏向量が設定され、
前記E×B分離器より前記試料側に近い前記照射手段の光学要素は、該E×B分離器により偏向された1次電子線を、該試料の法線に対して角度γで前記ターゲットに照射するように構成されていることを特徴とする、電子線装置。 - 前記電子銃は、TaCカソードを備えることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子線装置。
- 前記電子銃は、先端が球の一部の形状を持つショットキーカソードを備え、空間電荷制限条件で動作されることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の電子線装置。
- 請求項1乃至5のいずれか1項に記載の電子線装置を用いて、半導体デバイスとしての試料を、プロセス途中又は少なくとも1つのプロセス終了後に評価することを特徴とする、デバイス製造方法。
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