JP3983013B2 - 電子線装置用の光学要素組立体、その光学要素組立体の加工方法及びそのような光学要素組立体を備えた電子線装置を用いるデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、電子線装置の電子光学系におけるレンズ、アパーチャ部材及び偏向器等（以下、光学要素と呼ぶ）を保持する光学要素組立体に関し、特定すれば、電子線装置に配置されている電子光学系の光学要素を高い位置決め精度で保持できる光学要素組立体、及びそのような光学要素組立体を加工する方法に関する。本発明はまた、そのような光学要素組立体を備えた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に関する。
【０００２】
【従来技術】
電子線装置は、電子線を放出する電子銃、電子銃からの電子線を集束して試料に照射するための光学要素からなる一次電子光学系、試料からの二次電子を検出器に入射させる二次電子光学系、及び二次電子を検出する装置等を備えているが、従来は、上記光学要素は、高精度の真円度及び同軸度で加工されていて、高精度のはめあい公差で加工された筒状の部品にそれぞれ個々に挿入することにより、これら光学要素相互の高い位置決め精度が得られていた。
一方、近年において評価されるべき対象物が高度に微細化されるに伴い、ますます高い検出精度を有する電子線装置が要求されるようになっている。従って、電子線装置に設けられる各光学要素相互の位置決め精度についても極めて高い精度が必要である。
しかしながら、上述のような加工精度に頼る方法では、要求される精度を現状の機械加工精度で達成することが困難であるという問題、及びはめあい公差を厳しくすると、僅かな加工誤差でも筒状の部材に光学要素を組み付けること若しくは筒状の部材から光学要素を取り外すことが困難となる等の問題が生じている。上記方法とは別に、筒状の部材と光学要素とのはめあい公差を緩くして、組立時に半径方向からの位置決め調整を可能とするような方法も考えられるが、そのような調整は手間がかかり非能率的であり、個々の光学要素に対して行うことは大きな労力と時間を要することとなる。また、分解後の再組立時において分解前の精度を再現することも困難である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明が解決しようとする一つの課題は、電子光学系の複数の光学要素相互の高度な位置決め精度を簡易な構成で実現することができる電子線装置用の光学要素組立体を提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、光学要素組立体の分解、洗浄後に再度組み立てる場合でも、分解前の高度な位置決め精度を容易に再現することができる電子線装置用の光学要素組立体を提供することである。
本発明が解決しようとする別の課題は、上記のような光学要素組立体を製造する方法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、上記のような光学要素組立体を備えた電子線装置を用いてウェハの評価を行う方法を提供することである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の発明の一つは、電子線装置に光学要素を高い位置決め精度でセット可能な光学要素組立体において、中で前記複数の光学要素を収容可能な筒体であって、一端に前記筒体の中心軸線を中心とする同一円周上に外周縁を有するフランジ部を有し、前記電子線装置内の所定の位置に脱着可能に取り付けられるようになっている筒体と、前記筒体内に収容された複数の前記光学要素と、前記筒体に円周方向に等間隔に隔てて取り付けられた複数組の保持器であって、前記筒体の内周面より半径方向内側に突出可能な先端を有し、前記先端で前記光学要素を位置調整可能に保持する複数組の保持器と、を組み合わせて備え、前記筒体内に前記光学要素を保持した状態で光学要素を加工可能に構成されている。このような構成により、筒体と複数の光学要素とを一つのユニットとして各光学要素相互の高い位置決め精度を簡易な構成で実現することができる。
光学要素組立体の発明の別の態様において、前記筒体と前記各光学要素には、前記光学要素組立体を分解した後再組立するとき、前記各光学要素を相互に同じ位相に再現するための合マークが付されている。このように合マークを付することにより、光学要素組立体の再組立時においても分解前の高度な位置決め精度を容易に再現することができる。
【０００５】
本願の別の発明は、電子線装置用の光学要素組立体の加工方法であって、（１）複数の前記光学要素を収容する筒体を用意しかつ前記筒体に複数の保持器を取り付けることと、（２）前記筒体の中にスペーサ及び加工されていない光学要素を挿入し、前記複数組の保持器により前記光学要素を保持させることと、（３）前記複数の光学要素が保持された筒体を加工機械にセットし、前記筒体と複数の光学要素を順に加工することと、（４）加工終了後、前記筒体を加工機械から取り外して後処理を施すことと、（５）加工機械から外した前記筒体から前記光学要素を取り外して前記筒体及び光学要素に後処理を施すことと、（６）後処理後の前記光学要素を後処理後の前記筒体内に前記保持器により位置決め固定することと、を備えている。このように、筒体に複数の光学要素を一体に組み付けた後、これら筒体と複数の光学要素の加工をすることにより、筒体と複数の光学要素とを一つのユニットとして各光学要素相互の高い位置決め精度を簡易な方法で実現することができる。
加工方法の発明の別の態様において、前記筒体内に前記光学要素を挿入し保持器により保持させる工程が、前記筒体と前記光学要素とに合マークを付する工程を含むようにしている。このように合マークを付する工程を備えることにより、光学要素組立体の再組立時において分解前の高度な位置決め精度を容易に再現することを可能にする。
【０００６】
本願の更に別の発明は、上記のような光学要素組立体を備えた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ものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下、順に図面を参照しながら、本願の発明を説明する。
図１は本発明の光学要素組立体１における筒体１０と保持器２０とを一部断面で示した平面図であり、図２は保持器の取り付け状態を示す拡大断面図である。図３は、筒体１０に複数の光学要素、例えばレンズ、アパーチャ部材又は偏向器等を組み付けた、穴あけ加工する前の状態を示す図１のＧ−Ｇ線に沿う光学要素組立体の断面図である。以下においては、説明の便宜上、複数のレンズのみを筒体１０に組み付けた場合について説明する。図４は図３の状態でレンズ及び筒体に穴あけ加工を施した後の完成した光学要素組立体を示す断面図である。図４のように光学要素組立体１は一つのユニットとして、電子線装置の電子光学系を収容する鏡筒（図示されていない）に取り付けられる。なお、上記各図においてレンズに電荷を印加する機構は省略されている。
【０００８】
図１、図２及び図４において、光学要素組立体１は、筒体１０と、複数（本実施形態では例示的に３個）の保持器２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃと、複数（本実施形態では例示的に３枚）のレンズ３１，３３，３５とで構成される。
筒体１０は全体として円筒状の形状であり、上方フランジ１０１、下方フランジ１０２及び本体部分１０３を有する。上方フランジ１０１及び下方フランジ１０２は、後述するように、筒体１０に複数のレンズを一体的に組み付けてユニット化した光学要素組立体１を穴あけ加工機械にチャックで固定するため、及びこの光学要素組立体を電子線装置の鏡筒に取り付けるために使用される。
本体部分１０３には、保持器２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃが筒体１０の中心軸線と同軸状にかつ同一の円周上に等間隔で取り付けられている。保持器２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃは全て同じ形状であり、基部２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃ、円筒形もしくは矩形の突出部２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃ及び取付用のボルト２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃで構成される。各基部２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃにはボルト２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃを通すための貫通穴２０５Ａ，２０５Ｂ，２０５Ｃが２箇所づつ設けられている。各突出部２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃは、後述するように、それらの先端２０４Ａ，２０４Ｂ，２０４Ｃにレンズの周縁を接触させた状態でレンズを位置決め調整可能に保持する。
【０００９】
本体部分１０３には、更に、保持器２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃの基部２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃがそれぞれ着座する平坦な面１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃが、筒体１０の中心軸線と同軸かつ同一の円周に接する形態で、等間隔に形成されている。また、平坦な面１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃの各々には各保持器の突出部２０３Ａ，２０３Ｂ，２０３Ｃがそれぞれ嵌合する貫通穴１０６Ａ，１０６Ｂ，１０６Ｃが形成されており、この貫通穴の両側にはボルト２０１Ａ，２０１Ｂ，２０１Ｃのねじと係合するねじ穴１０７Ａ，１０７Ｂ，１０７Ｃが形成されている。
平坦な面１０４Ｂ及び１０４Ｃの厚さＴｂ、Ｔｃは、保持器２０Ｂの先端２０４Ｂ及び保持器２０Ｃの先端２０４Ｃのそれぞれが筒体１０の内壁１０５の表面から僅かに（本実施形態では例えば１ｍｍ）突出するような寸法で平面加工されている。これは、レンズ３１，３３，３５の外径が筒体１０の内壁１０５の内径よりも２ｍｍ程度（即ち、半径で１ｍｍ程度）小さい寸法で加工されていることによる。従って、保持器２０Ｂの先端２０４Ｂ及び保持器２０Ｃの先端２０４Ｃにレンズを接触させた状態で内壁１０５とレンズの外周との間には１ｍｍ程度の間隙が形成される（図４）。
一方、平坦な面１０４Ａの厚さＴａは、平坦な面１０４Ｂ及び１０４Ｃの厚さＴｂ、Ｔｃよりも１ｍｍ程度薄くなる寸法で平面加工されており、従って、保持器２０Aの基部２０２Ａを平坦な面１０４Aに接触させた状態では、保持器２０Aの先端２０４Aは筒体１０の内壁１０５の表面から２ｍｍ程度突出する（図１）。それにより、保持器２０Aは、レンズを保持した状態では、平坦な面１０４Aと保持器２０Aの基部２０２Ａの下面との間に１ｍｍ程度の隙間が生じることとなる。これは保持器２０Aによるレンズの半径方向位置決めの調整代に余裕を持たせたものである。
【００１０】
次に図１及び図３を参照しながら、光学要素組立体１を製造する方法について説明する。
まず、筒体１０の所定の位置に保持器２０Ｂ及び２０Ｃをそれぞれボルト２０１Ｂ、２０１Ｃで取り付ける。この場合、保持器２０Ｂ及び２０Ｃの先端２０２Ｂ及び２０２Ｃがそれぞれ筒体の内壁１０５から１ｍｍ程度突出した状態で取り付ける（図１）。
次に、図３に示すように、絶縁及び高さ方向位置決め用のスペーサリング３０を筒体１０内の底面に挿入した後最初のレンズ３１を挿入する。このレンズ３１は、その外径が各保持器の先端２０２Ａ，２０２Ｂ，２０２Ｃの３点により形成される円と同じ直径になるように加工されているが、中心部の穴は未だ加工されていない。レンズ３１を保持器２０Ｂ及び２０Ｃのそれぞれの先端２０２Ｂ及び２０２Ｃに接触させた状態で、保持器２０Ａを筒体１０の所定の位置に取り付け、保持器２０Ａをボルト２０１Aにより押し込むことにより３点支持でレンズ３１を固定する。それによりレンズ３１が位置決めされる。
同様な方法でスペーサリング３２、レンズ３３，スペーサリング３４，レンズ３５及びスペーサリング３６を順に筒体１０内に位置決めする。このような工程において、各レンズ３１、３３，３５の周縁部と、筒体１０の内面１０５と、スペーサ３０，３２，３４とに合マークを付けて、光学要素組立体１を分解、洗浄した後再組立する場合に、分解前と同じ各レンズ相互の位相を再現できるようにすることが望ましい。
【００１１】
次に、筒体１０に蓋３７をねじ等の公知の方法で取り付けてレンズを確実に固定する（図３）。
その後、下部フランジ１０２をチャックで加工機械に固定し、レンズ３５の側から筒体１０の底面まで順に穴あけ加工を行う。この場合、各レンズと筒体の底面には、下部フランジの外周円との同軸度が１ミクロン以下の精度を有する穴を同時に形成することができる。それにより、筒体１０，保持器２０Ａ，２０Ｂ、２０Ｃ及び各レンズ３１、３３，３５を一体的に組み込んでユニット化した高い位置決め精度を有する光学要素組立体１が製造される（図４）。なお、上部フランジ１０１をチャックで加工機械に固定し、筒体１０の底面側からレンズ３５まで順に穴あけ加工を行うようにしてもよい。
穴あけ加工終了後、加工機械から光学要素組立体を取り外し、分解する。このとき筒体１０からは蓋３７及び保持器２０Ａのみ取り外し、保持器２０Ｂ、２０Ｃは筒体１０に取り付けたままにして、各レンズ及びスペーサリングを取り出す。これは洗浄時に分解する場合も同様である。
【００１２】
再度光学要素組立体の組立を行う場合、各スペーサリングとレンズを交互に挟み込みながら、各レンズ及び筒体の内面に付された合マークを目安にして、上記と同様の手順で各レンズを配置し、かつ蓋３７を取り付ける。保持器２０Ｂ、２０Ｃは筒体１０から取り外されていないため最初の組立時における状態が維持されているためレンズの半径方向位置決め精度を再現することができ、また、合マークによりレンズ相互間の回転方向位置決め精度を再現することができる。従って、各レンズの穴の同軸度は分解前の精度を再現することができる。
なお、上記においては、複数のレンズのみを筒体内に組み付けた実施形態について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、レンズの代わりにアパーチャ部材又は偏向器を組み付けた場合、若しくはこれらを相互に組み合わせた場合にも適用できることは当業者には明らかである。
【００１３】
次に、図５を参照して本発明による光学要素組立体１を取り付けた電子線装置の実施形態を説明する。
図５において、本実施形態の電子線装置６が模式的に示されている。この電子線装置６は、第一次光学系６０と、第二次光学系７０と、検出装置８０とを備えている。第一次光学系６０は、電子線を試料Ｓの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃６１と、電子銃から放出された電子線を偏向させる静電偏向器６２と、電子線を集束するコンデンサレンズ６４と、開口角を決定するアパーチャ部材６５と、電子線を試料上で走査する静電偏向器６６及び６７と、Ｅ×B分離器６８と、対物レンズ６９とを備え、それらは、図５に示すように電子銃６１を最上部にして第一次光学系６０の光軸Ｍに沿って順に配置されている。上記偏向器６２、コンデンサレンズ６４、アパーチャ部材６５及び静電偏向器６６は、筒体１０及び保持器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃにより光学要素組立体１としてユニット化され、鏡筒（図示されていない）に一体的に組み付けられている。
第二次光学系７０は、第一次光学系６０のＥ×Ｂ分離器６８の近くで第一次光学系の光軸Ｍに対して傾斜している光軸Ｎに沿って配置されている。
検出装置８０は検出器８１を備えている。
【００１４】
上記の電子線装置において、電子銃６１から放出された電子線は、静電偏向器６２により偏向され，コンデンサレンズ６４により集束され、対物レンズ６９の電子銃側にクロスオーバーを形成し、更に対物レンズ６９で試料Ｓに合焦される。この場合、電子線は静電偏向器６６とＥ×Ｂ分離器６８の静電偏向器６７とで偏向され、試料Ｓ上に走査して照射される。
この電子線による照射により試料Ｓから放出された二次電子は、対物レンズ６９と試料Ｓ間に印加された加速電界により加速・集束され、対物レンズ６９を通過する。対物レンズを通過した二次電子はＥ×Ｂ分離器６８により第二次光学系７０の光軸Ｎに沿う方向に偏向され、検出装置８０の検出器８１で検出されて試料Ｓの評価がなされる。
【００１５】
次に、図６及び図７を参照して本発明による光学要素組立体を組み込んだ電子線装置を使用して半導体デバイスを製造する方法を説明する。
図６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一個づつ切り出し、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。
【００１６】
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。
【００１７】
図７は、図６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。
【００１８】
【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。
（１）複数のレンズ等の光学要素を筒体と保持器で組み合わせ、ユニット化して同時に穴あけ加工することにより、複数の光学要素相互の高度な位置決め精度を簡易な構成で実現する光学要素組立体を提供することができ、また、そのような光学要素組立体を備えた電子線装置を提供することもできる。
（２）光学要素組立体の製造途中において、筒体の内面と筒体内に収容されている各光学要素とに合マークを付することにより、光学要素組立体の分解、洗浄後に再度組み立てる場合でも、分解前の高度な位置決め精度を容易に再現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による光学要素組立体における筒体と保持器とを一部断面で示した平面図である。
【図２】保持器の取り付け状態を示す拡大断面図である。
【図３】筒体内に複数のレンズ等の光学要素を組み付けた、穴あけ加工する前の状態を示す図１のＧ−Ｇ線に沿う光学要素組立体の断面図である。
【図４】図２の状態で穴あけ加工を施した後の状態を示す、図２と同様の断面図である。
【図５】本発明による光学要素組立体を組み込んだ電子線装置の光学系を模式的に示した図である。
【図６】デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図７】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：光学要素組立体 １０：筒体
２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ：保持器
３１、３３、３５：レンズ １０１：上方フランジ
１０２：下方フランジ １０３：本体部分
１０４A、１０４B，１０４C：平坦な面
１０５：内壁 ２０１、２０１、２０１：ボルト

Claims (4)

1. 電子線装置に光学要素を高い位置決め精度でセット可能な光学要素組立体において、
   中で前記複数の光学要素を収容可能な筒体であって、一端に前記筒体の中心軸線を中心とする同一円周上に外周縁を有するフランジ部を有し、前記電子線装置内の所定の位置に脱着可能に取り付けられるようになっている筒体と、
   前記筒体内に収容され、穴あけ加工される複数の前記光学要素と、
   前記筒体に円周方向に等間隔に隔てて取り付けられた複数組の保持器であって、前記筒体の内周面より半径方向内側に突出可能な先端を有し、前記先端で前記光学要素を位置調整可能に保持する複数組の保持器とを備え、
   前記筒体と前記各光学要素には、穴あけ加工後の光学要素組立体を分解した後再組立するとき、前記各光学要素相互間の回転方向位置決め精度を再現するための合マークが付され、
   更に、前記光学要素組立体の分解時には前記複数組の保持器のうち一つのみが取り外されることを特徴とする、電子線装置用の光学要素組立体。
2. 電子線装置用の光学要素組立体の加工方法であって、
   （１）複数の前記光学要素を収容する筒体を用意しかつ前記筒体に複数の保持器を取り付けることと、
   （２）前記筒体の中にスペーサ及び加工されていない光学要素を挿入し、前記複数組の保持器により前記光学要素を保持させることと、
   （３）前記複数の光学要素が保持された筒体を加工機械にセットし、前記筒体内に前記光学要素を保持した状態で、前記筒体と複数の光学要素を順に加工することと、
   （４）加工終了後、前記筒体を加工機械から取り外すことと、
   （５）加工機械から外した前記筒体から前記光学要素を取り外して前記筒体及び光学要素を洗浄することと、
   （６）洗浄後の前記光学要素を洗浄後の前記筒体内に前記保持器により位置決め固定することと、
   を備えている方法。
3. 請求項２に記載の方法において、前記筒体内に前記光学要素を挿入し保持器により保持させる工程が、前記筒体と前記光学要素とに合マークを付する工程を含むことを特徴とする方法。
4. 前記請求項１に記載の光学要素組立体を備えた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。

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