JP3995479B2 - Electron beam apparatus and device manufacturing method using the electron beam apparatus - Google Patents

Electron beam apparatus and device manufacturing method using the electron beam apparatus Download PDF

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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は電子線装置、その電子線装置を有するデバイスの欠陥検査装置 及びその欠陥検査装置を用いたデバイスの製造方法に関し、詳しくは、最小線幅が0.1μm以下のデバイスパターンを有する試料の評価を高いスループットでかつ高い信頼性で行える電子線装置、その電子線装置を有するデバイスの欠陥検査装置、及びその欠陥検査装置を用いてプロセス終了後のウェハを評価することにより歩留まりを向上させることができるデバイスの製造方法に関する。
【0002】
【従来技術】
最小線幅が0.1μm以下のデバイスパターンを有する試料の評価を行う電子線装置において、成形した電子線を細く絞って試料の上に照射し、試料から放出された二次電子を検出して試料を評価する電子線装置が提案されている。このような装置において、電子ビームを成形する光学系には少なくとも3段のレンズが使用されている。また、0.1μm以下の細い電子ビームを形成する場合にはクロスオーバ縮小型ビームが使用されている。更に、高い信頼性で評価を行うには電子ビームの強度を大きくする必要があり、0.1μm以下の大電流ビームを得るために熱電界放出電子銃(TFE電子銃)が使われている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、TFE電子銃では熱電子放出電子銃(例えばLaB6電子銃)に比べて3ないし10倍のビーム電流を得ることができるが、電子線のショット雑音が大きいためS/N比があまり良くなく、高いスループットで試料の評価を行うことが困難である。
また、LaB6電子銃を使用したクロスオーバ縮小型ビームでは、ビーム電流を大きくすることができず、高いスループットで試料の評価を行うことが困難である。
更に、LaB6電子銃を使用した成形ビーム方式では3段以上のレンズが使用されているため鏡筒長が長く、軸合せ用の偏向器が余分に必要である。また、空間電荷効果も光路長さが長くなる分だけ大きくなり、良好な電子ビームの強度及び位置の安定度を得ることが困難であるという問題点がある。
【0004】
本発明が解決しようとする一つの課題は、電子線のショット雑音を小さくしてS/N比を改善し、高いスループットで試料の評価を行うことことのできる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別の課題は、ビーム電流を大きくすることができ、高いスループットで試料の評価を行うことを可能にする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別の課題は、わずか2段のレンズで成形ビームを形成して高い安定度で制御するための電子光学鏡筒を造り、欠陥検査装置として完成された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】
上記課題は以下の手段により解決される。即ち、電子銃から放出される電子線を試料に照射し試料表面から放出される二次電子を検出する電子線装置であって、前記電子銃を熱電子放出電子銃とし、前記熱電子放出電子銃の前方に成形開口及びNA開口を配置し、前記熱電子放出電子銃からの電子線で照射された成形開口の像を2段のレンズで試料面上に結像するようにしている。なお、ここで「前方」とは電子線の進む方向に対して試料側をいう。
また、電子線装置の別の発明において、電子銃から放出される電子線を試料に照射し試料表面から放出される二次電子を検出する電子線装置であって、前記電子銃を熱電子放出電子銃とし、前記熱電子放出電子銃の前方に成形開口及びNA開口を順に配置し、前記熱電子放出電子銃からの電子線が形成するクロスオーバを前記NA開口に結像させ、かつ前記熱電子放出電子銃からの電子線で照射された成形開口の像を試料面上に結像するようにしている。
【0006】
また、電子線装置の別の発明において、電子銃から放出される電子線を試料に照射する第一次光学系を有し、試料表面から放出される二次電子を検出装置で検出する電子線装置であって、前記第一次光学系には成形開口及び2段のレンズを配置し、かつ前記2段のレンズの間にE×B分離器を配置し、前記電子銃からの電子線で照射された成形開口の像を2段のレンズで試料面上に縮小して結像し、試料表面から放出される二次電子を前記E×B分離器で第一次光学系から分離して前記検出装置に入射させるようにしている。
また、電子線装置の別の発明において、電子銃から放出される電子線を試料に照射する第一次光学系を有し、試料表面から放出される二次電子を検出装置で検出する電子線装置であって、前記第一次光学系には、成形開口、NA開口、コンデンサレンズ及び対物レンズを第一次光学系の光軸に沿って順に配置し、前記電子銃からの電子線のクロスオーバを前記電子銃のウェーネルトバイアスを制御することにより前記NA開口に一致させるようにしている。
また、電子線装置の別の発明において、電子銃から放出される電子線を試料に照射する第一次光学系を有し、試料表面から放出される二次電子を検出装置で検出する電子線装置であって、前記第一次光学系には、成形開口、コンデンサレンズ及び対物レンズを第一次光学系の光軸に沿って順に配置し、かつNA開口を前記対物レンズに隣接して前記対物レンズの電子銃側に配置し、電子線のクロスオーバ像を前記NA開口に形成するようにしている。
【0007】
本願の更に別の発明は、前記一つの発明又は別の発明による電子線装置を備えたデバイスの欠陥検査装置を提供する。
【0008】
本願の更に別の発明は、前記欠陥検査装置を用いて、プロセス終了後のウェハの評価を行ってデバイスの製造を行うようにしている。
【0009】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明による電子線装置の実施形態を説明する。
図1において、本発明の実施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、第一次光学系10と、第二次光学系30と、検出装置40とを備えている。
第一次光学系10は、電子線を試料Sに照射する光学系で、電子線を放出する電子銃11と、軸合わせ用の静電偏向器12と、成形開口13と、軸合わせ用の静電偏向器14、15と、NA開口16と、成形開口13を通過した電子ビームを縮小するコンデンサレンズ17と、走査用の静電偏向器18と、E×B分離器19と、対物レンズ20と、軸対称電極21とを備え、それらは、図1に示すように電子銃11を最上部にして順に、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。E×B分離器19は静電偏向器191と、電磁偏向器192、193と、パーマロイコア194から構成されている。更に、この電子線装置1は、試料Sに負の電位を付与する電源22を備えている。
本実施形態においては、電子銃11は、熱電子放出型のLaB6電子銃であり、LaB6カソード111,グラファイトヒータ112、支持金具113、ウェーネルト電極114及びアノード115を備えている。電子銃11のウェーネルト電極114のバイアスをある程度深くすることにより、電子銃11を空間電荷制限領域内で制御することができる。成形開口13はその形状が正方形であり、NA開口16の電子銃側に配置されている。また、2段のレンズ(即ち、コンデンサレンズ17と対物レンズ20)は共に、成形開口13及びNA開口16よりも前方(即ち、電子線の進む方向に対して試料側)に配置されている。
【0010】
第二次光学系30は、試料Sから放出された二次電子を検出装置40に導入する光学系で、E×B分離器19の近くで光軸Aに対して傾斜している光軸Bに沿って配置されている。
検出装置40は検出器401を備えている。
【0011】
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Cは、電子銃11のウェネルト電圧を調整することにより、NA開口16と一致した位置にクロスオーバーC1を形成する。同時に、電子銃11は、グラファイトヒータ112に流す電流を調整して、空間電荷制限領域内で作動するように調整される。従って、電子線が発生させるショット雑音を大幅に小さくすることができる。クロスオーバーC1を形成した電子線はあまり大きくない拡がり角度で発散し、コンデンサレンズ17で集束されて対物レンズ20の主面の位置にクロスオーバC2を形成する。この場合、電子線が対物レンズ20の主面の位置にクロスオーバC2を形成するように、コンデンサレンズ17の励起電圧が決定される。
一方、電子線により形成された成形開口13の像は、コンデンサレンズ17によりC3の位置に縮小されて結像し、更に、対物レンズにより試料Sの表面に0.1μm或いはそれ以下に縮小されて結像する。この調整はコンデンサレンズ17の励起を変えることにより容易に行われる。
試料を走査する場合には、静電偏向器18とE×B分離器の静電偏向器191とで2段階に偏向することにより行われる。この場合、対物レンズ20の直上のC4の位置に偏向中心を置くことにより、偏向色収差、コマ収差及び非点収差の合計値を最小限にしている。
【0012】
電子ビームにより試料Sが照射され、試料から放出された二次電子は、対物レンズ20の加速電界で加速、収束され、E×B分離器19で偏向されて第二次光学系30に投入される。この場合、通常は、試料Sは電源22により負の電圧が付与されているため、略全ての二次電子が対物レンズ20を通過しE×B分離器19で偏向される。二次電子は光軸Bに沿って移動し検出器401により検出される。
【0013】
なお、対物レンズ20の試料側に軸対称電極21を配置し、この軸対称電極21に正又は負の電圧を付与する電源23及びそれらの切換スイッチ24を設け、軸対称電極21に試料よりも低い電圧を与えることによりフィルター作用を持たせるようにしてもよい。その場合には試料面のパターンの電位コントラストを得ることが可能となる。
更に、切換スイッチ24をコンピュータで制御して、通常の走査電子顕微鏡画像を得たり、電位コントラスト画像を得たりすることにより欠陥検査を精度良く行うことが可能となる。従って、本発明による電子線装置をデバイスの欠陥検査装置に適用することができる。
【0014】
図2は、本発明の電子線装置の別の実施形態を参考として示す図である。本図において、図1に示された実施形態と同じ構成要素には同じ符号を付する。また、図1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。
本実施形態による電子線装置1’は図1の実施形態とは異なり、第一次光学系10’及び検出装置40’のみを備えている。
第一次光学系10’は、図1の実施形態と同様の構造を有する電子銃11と、軸合せ用の静電偏向器12と、成形開口13と、軸合せ用の静電偏向器14と、成形開口13を通過した電子ビームを縮小するコンデンサレンズ17と、走査用の静電偏向器18、25と、NA開口16と、対物レンズ20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。
本実施形態の電子銃11もウェーネルト電極のバイアスをある程度深くすることにより、電子銃を空間電荷制限領域内で制御することができる。
図2に明確に示されているように、NA開口16は、対物レンズ20に隣接して対物レンズの電子銃側に配置されている。また、図1の実施形態とは異なり、軸合わせ用静電偏向器は2段とし、E×B分離器及び軸対称電極は設けられていない。
【0015】
本実施形態においては第二次光学系は特に設けられていず、後述するように試料Sから放出された二次電子は検出装置40’の検出器401’の電界に引かれて直接検出器401’に入射する。
検出装置40’は検出器401’、A/D変換器、及び画像処理回路403を備えている。
【0016】
本実施形態による電子線装置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Cは、成形開口13を通過し、成形開口13とコンデンサレンズ17の間の決められた位置にクロスオーバーC1’を形成し、クロスオーバーC1’からあまり大きくない拡がり角度で発散する。発散した電子線はコンデンサレンズ17で集束され、NA開口16にクロスオーバーC2’を形成する。クロスオーバーC2’を形成後、電子ビームは試料Sに向かって進み、対物レンズ21により試料Sに向かう。成形開口17の像はコンデンサレンズ17と対物レンズ16とにより縮小されて試料S上に結像する。
試料を走査する場合には、静電偏向器18と静電偏向器25とで2段階に偏向することにより行われる。
【0017】
電子ビームにより試料Sが照射され、試料Sから放出された二次電子は、検出器401’の電界で偏向されて検出器401’に投入される。検出器401’は検出した二次電子をその強度を表す電気信号へ変換する。検出器から出力された電気信号はA/D変換器402によってデジタル信号に変換された後、画像処理回路403によって受信され、画像データへ変換される。この画像を標準パターンと比較することにより試料Sの欠陥を検出することができる。従って、本実施形態の電子装置もデバイスの欠陥検査装置に適用することができる。
【0018】
次に、図3及び図4を参照して、本発明による、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半導体デバイスの製造方法を説明する。
図3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。
【0019】
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。
【0020】
図4は、図3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。
【0021】
【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)従来のような3段のレンズを使用する光学系と比較してレンズの段数を2段とすることができるため、レンズ軸合せ装置も1段少なくすることができる。従って、光路の長さが短くなり空間電荷効果による電子ビームのぼけが小さくなる。また、光学系に使用される部品点数、及びレンズ1段分と静電偏向器1段分の制御回路が少なくなるため、電子線装置の信頼性を向上させることができる。
(2)クロスオーバ縮小型ビームと比較して同一の電子ビーム寸法で、大きいビーム電流を得ることができる。
(3)電子銃を空間電荷制限領域で動作することができるので、電子線のショット雑音を大幅に小さくすることができ、それにより、二次電子の雑音も小さくすることができる。
(4)NA開口を縮小レンズより前方に配置したため、二次電子の検出器を対物レンズより前方に設けることができる。
(5)NA開口を対物レンズに隣接し配置する場合は、電子ビームのクロスオーバ位置を正確に位置決めする必要がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施形態による電子線装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図2】 本発明の電子線装置の別の実施形態を参考として示す図である。
【図3】 デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図4】 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’:第一次光学系
11:電子銃 12:静電偏向器(軸合わせ用)
13:成形開口 14、15:静電偏向器(軸合わせ用)
16:NA開口 17:コンデンサレンズ
18:静電偏向器 19:E×B分離器
20:対物レンズ 21:軸対称電極
22、23:電源 24:切換スイッチ
25:静電偏向器 30:第二次光学系
40、40’:検出装置 401、401’:検出器
402:A/D変換器 403:画像処理回路
[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to an electron beam apparatus, a defect inspection apparatus for a device having the electron beam apparatus, and a device manufacturing method using the defect inspection apparatus, and more specifically, a sample having a device pattern having a minimum line width of 0.1 μm or less. Yield can be improved by evaluating an electron beam apparatus capable of performing evaluation with high throughput and high reliability, a defect inspection apparatus for a device having the electron beam apparatus, and a wafer after the process is completed using the defect inspection apparatus. The present invention relates to a method for manufacturing a device that can be used.
[0002]
[Prior art]
In an electron beam apparatus that evaluates a sample having a device pattern with a minimum line width of 0.1 μm or less, the formed electron beam is narrowed down and irradiated onto the sample, and secondary electrons emitted from the sample are detected. An electron beam apparatus for evaluating a sample has been proposed. In such an apparatus, at least a three-stage lens is used for an optical system for shaping an electron beam. Further, when forming a thin electron beam of 0.1 μm or less, a crossover reduced beam is used. Further, in order to perform evaluation with high reliability, it is necessary to increase the intensity of the electron beam, and a thermal field emission electron gun (TFE electron gun) is used to obtain a large current beam of 0.1 μm or less.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, although a TFE electron gun can obtain a beam current 3 to 10 times that of a thermionic emission electron gun (for example, a LaB6 electron gun), the S / N ratio is not so good due to a large shot noise of the electron beam. It is difficult to evaluate samples with high throughput.
In addition, with a crossover reduced beam using a LaB6 electron gun, the beam current cannot be increased, and it is difficult to evaluate a sample with high throughput.
Furthermore, in the shaped beam system using the LaB6 electron gun, the lens barrel length is long because three or more stages of lenses are used, and an extra deflector for alignment is necessary. In addition, the space charge effect increases as the optical path length increases, and it is difficult to obtain good electron beam intensity and position stability.
[0004]
One problem to be solved by the present invention is to provide an electron beam apparatus that can improve the S / N ratio by reducing shot noise of an electron beam and can evaluate a sample with high throughput. .
Another problem to be solved by the present invention is to provide an electron beam apparatus capable of increasing a beam current and enabling a sample to be evaluated with high throughput.
Another problem to be solved by the present invention is to provide an apparatus completed as a defect inspection apparatus by forming an electron optical column for controlling with high stability by forming a shaped beam with only two stages of lenses. That is.
Still another problem to be solved by the present invention is to provide a device manufacturing method for evaluating a sample after completion of the process using the electron beam apparatus as described above.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The above problem is solved by the following means. That is, an electron beam apparatus for irradiating a sample with an electron beam emitted from an electron gun and detecting secondary electrons emitted from the sample surface, wherein the electron gun is a thermoelectron emission electron gun, and the thermoelectron emission electron A shaping opening and an NA opening are arranged in front of the gun, and an image of the shaping opening irradiated with the electron beam from the thermoelectron emission electron gun is formed on the sample surface by a two-stage lens. Here, “front” refers to the sample side with respect to the traveling direction of the electron beam.
Further, in another invention of the electron beam apparatus, an electron beam apparatus for irradiating a sample with an electron beam emitted from an electron gun and detecting secondary electrons emitted from a sample surface, wherein the electron gun is a thermal electron emission An electron gun, a shaping aperture and an NA aperture are sequentially arranged in front of the thermionic emission electron gun, a crossover formed by an electron beam from the thermionic emission electron gun is imaged on the NA aperture, and the heat An image of the shaping aperture irradiated with the electron beam from the electron emission electron gun is formed on the sample surface.
[0006]
In another invention of the electron beam apparatus, an electron beam having a primary optical system for irradiating the sample with an electron beam emitted from an electron gun, and detecting a secondary electron emitted from the sample surface with a detection device An apparatus is provided with a molding aperture and a two-stage lens disposed in the primary optical system, and an E × B separator disposed between the two-stage lenses, and an electron beam from the electron gun. The image of the irradiated shaping aperture is reduced and formed on the sample surface by a two-stage lens, and secondary electrons emitted from the sample surface are separated from the primary optical system by the E × B separator. The light is incident on the detection device.
In another invention of the electron beam apparatus, an electron beam having a primary optical system for irradiating the sample with an electron beam emitted from an electron gun, and detecting a secondary electron emitted from the sample surface with a detection device In the first optical system, a molding aperture, an NA aperture, a condenser lens, and an objective lens are sequentially arranged along the optical axis of the primary optical system, and a cross of an electron beam from the electron gun is arranged. The overshoot is made to coincide with the NA aperture by controlling the Wehnelt bias of the electron gun.
In another invention of the electron beam apparatus, an electron beam having a primary optical system for irradiating the sample with an electron beam emitted from an electron gun, and detecting a secondary electron emitted from the sample surface with a detection device In the first optical system, a molding aperture, a condenser lens and an objective lens are sequentially arranged along the optical axis of the primary optical system, and an NA aperture is adjacent to the objective lens. It is arranged on the electron gun side of the objective lens, and an electron beam crossover image is formed at the NA aperture.
[0007]
Still another invention of the present application provides a device defect inspection apparatus including the electron beam apparatus according to the one invention or another invention.
[0008]
According to still another aspect of the present invention, a device is manufactured by evaluating the wafer after completion of the process using the defect inspection apparatus.
[0009]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of an electron beam apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.
1, an electron beam device 1 is shown schematically by the implementation of the invention. The electron beam apparatus 1 includes a primary optical system 10, a secondary optical system 30, and a detection device 40.
The primary optical system 10 is an optical system that irradiates the sample S with an electron beam, and an electron gun 11 that emits an electron beam, an electrostatic deflector 12 for axial alignment, a molding opening 13, and an axis for axial alignment. Electrostatic deflectors 14 and 15, NA aperture 16, condenser lens 17 for reducing the electron beam that has passed through shaping aperture 13, electrostatic deflector 18 for scanning, E × B separator 19, and objective lens 20 and an axially symmetric electrode 21, which are arranged in order with the electron gun 11 at the top as shown in FIG. 1, and the optical axis A of the electron beam emitted from the electron gun is perpendicular to the surface S of the sample. It is arranged to be. The E × B separator 19 includes an electrostatic deflector 191, electromagnetic deflectors 192 and 193, and a permalloy core 194. The electron beam apparatus 1 further includes a power source 22 that applies a negative potential to the sample S.
In the present embodiment, the electron gun 11 is a thermionic emission type LaB6 electron gun, and includes a LaB6 cathode 111, a graphite heater 112, a support fitting 113, a Wehnelt electrode 114, and an anode 115. By making the bias of the Wehnelt electrode 114 of the electron gun 11 deeper to some extent, the electron gun 11 can be controlled within the space charge limited region. The shaping opening 13 has a square shape and is arranged on the electron gun side of the NA opening 16. The two-stage lenses (that is, the condenser lens 17 and the objective lens 20) are both disposed in front of the molding aperture 13 and the NA aperture 16 (that is, the sample side with respect to the direction in which the electron beam travels).
[0010]
The secondary optical system 30 is an optical system that introduces secondary electrons emitted from the sample S into the detection device 40, and is an optical axis B that is inclined with respect to the optical axis A near the E × B separator 19. Are arranged along.
The detection device 40 includes a detector 401.
[0011]
Next, the operation of the electron beam apparatus 1 having the above configuration will be described.
The electron beam C emitted from the electron gun 11 adjusts the Wehnelt voltage of the electron gun 11 to form a crossover C1 at a position coincident with the NA opening 16. At the same time, the electron gun 11 is adjusted to operate in the space charge limited region by adjusting the current flowing through the graphite heater 112. Therefore, the shot noise generated by the electron beam can be greatly reduced. The electron beam that forms the crossover C1 diverges at a spread angle that is not so large, and is converged by the condenser lens 17 to form a crossover C2 at the position of the main surface of the objective lens 20. In this case, the excitation voltage of the condenser lens 17 is determined so that the electron beam forms a crossover C2 at the position of the main surface of the objective lens 20.
On the other hand, the image of the molding opening 13 formed by the electron beam is reduced to the position of C3 by the condenser lens 17, and further reduced to 0.1 μm or less on the surface of the sample S by the objective lens. Form an image. This adjustment is easily performed by changing the excitation of the condenser lens 17.
When the sample is scanned, the sample is deflected in two stages by the electrostatic deflector 18 and the electrostatic deflector 191 of the E × B separator. In this case, by placing the deflection center at the position C4 immediately above the objective lens 20, the total value of the deflection chromatic aberration, coma aberration and astigmatism is minimized.
[0012]
The sample S is irradiated with the electron beam, and the secondary electrons emitted from the sample are accelerated and converged by the accelerating electric field of the objective lens 20, deflected by the E × B separator 19, and input to the secondary optical system 30. The In this case, since the sample S is usually given a negative voltage by the power source 22, almost all secondary electrons pass through the objective lens 20 and are deflected by the E × B separator 19. Secondary electrons move along the optical axis B and are detected by the detector 401.
[0013]
An axially symmetric electrode 21 is arranged on the sample side of the objective lens 20, and a power source 23 for applying a positive or negative voltage to the axially symmetric electrode 21 and a changeover switch 24 are provided. You may make it give a filter action by giving a low voltage. In that case, the potential contrast of the pattern on the sample surface can be obtained.
Furthermore, it is possible to accurately perform defect inspection by controlling the changeover switch 24 with a computer to obtain a normal scanning electron microscope image or a potential contrast image. Therefore, the electron beam apparatus according to the present invention can be applied to a device defect inspection apparatus.
[0014]
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the electron beam apparatus of the present invention as a reference. In the figure, the same components as the implementation form shown in FIG. 1 denoted by the same reference numerals. In addition, constituent elements corresponding to the constituent elements of the embodiment of FIG. 1 but having a different configuration are denoted by the symbol “′” on the same reference numerals.
Unlike the embodiment of FIG. 1, the electron beam apparatus 1 ′ according to the present embodiment includes only the primary optical system 10 ′ and the detection device 40 ′.
The primary optical system 10 'includes an electron gun 11 having the same structure as that of the embodiment of FIG. 1, an electrostatic deflector 12 for axial alignment, a shaping aperture 13, and an electrostatic deflector 14 for axial alignment. A condenser lens 17 that reduces the electron beam that has passed through the shaping aperture 13, scanning electrostatic deflectors 18 and 25, an NA aperture 16, and an objective lens 20. In addition, the optical axis A of the electron beam emitted from the electron gun is arranged to be perpendicular to the surface S of the sample.
The electron gun 11 of this embodiment can also control the electron gun within the space charge limited region by increasing the Wehnelt electrode bias to some extent.
As clearly shown in FIG. 2, the NA aperture 16 is disposed adjacent to the objective lens 20 on the electron gun side of the objective lens. Further, unlike the embodiment of FIG. 1 , the axis alignment electrostatic deflector has two stages, and the E × B separator and the axially symmetric electrode are not provided.
[0015]
In the present embodiment, the secondary optical system is not particularly provided, and as will be described later, secondary electrons emitted from the sample S are attracted by the electric field of the detector 401 ′ of the detection device 40 ′ and are directly detected by the detector 401. 'Is incident.
The detection device 40 ′ includes a detector 401 ′, an A / D converter, and an image processing circuit 403.
[0016]
The operation of the electron beam apparatus according to the present embodiment will be described. The electron beam C emitted from the electron gun 11 passes through the shaping opening 13, forms a crossover C1 'at a predetermined position between the shaping opening 13 and the condenser lens 17, and is not so large from the crossover C1'. Diverges at the spread angle. The diverged electron beam is focused by the condenser lens 17 to form a crossover C2 ′ in the NA aperture 16. After the formation of the crossover C2 ′, the electron beam travels toward the sample S and travels toward the sample S by the objective lens 21. The image of the molding opening 17 is reduced by the condenser lens 17 and the objective lens 16 and formed on the sample S.
When the sample is scanned, the sample is deflected in two stages by the electrostatic deflector 18 and the electrostatic deflector 25.
[0017]
The sample S is irradiated with the electron beam, and the secondary electrons emitted from the sample S are deflected by the electric field of the detector 401 ′ and input to the detector 401 ′. The detector 401 ′ converts the detected secondary electrons into an electric signal representing the intensity. The electrical signal output from the detector is converted into a digital signal by the A / D converter 402, then received by the image processing circuit 403, and converted into image data. The defect of the sample S can be detected by comparing this image with the standard pattern. Therefore, the electronic apparatus of this embodiment can also be applied to a device defect inspection apparatus.
[0018]
Next, with reference to FIG. 3 and FIG. 4, the manufacturing method of the semiconductor device which evaluates the sample after completion | finish of a process using the above electron beam apparatuses by this invention is demonstrated.
FIG. 3 is a flowchart showing an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention. The process of this embodiment includes the following main processes.
(1) Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparation process for preparing a wafer)
(2) Mask manufacturing process for manufacturing a mask for manufacturing a mask used for exposure (or mask preparation process for preparing a mask)
(3) Wafer processing step for performing necessary processing on the wafer (4) Chip assembly step for cutting out the chips formed on the wafer one by one and making them operable (5) Chip inspection step for inspecting the completed chips Each of the above main processes is further composed of several sub-processes.
[0019]
Among these main processes, the wafer processing process (3) has a decisive influence on the performance of the semiconductor device. In this step, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer to form a large number of chips that operate as memories and MPUs. This wafer processing step includes the following steps.
(1) A thin film forming process for forming a dielectric thin film to be an insulating layer, a wiring part, or a metal thin film for forming an electrode part (using CVD, sputtering, etc.)
(2) Oxidation step for oxidizing the thin film layer and wafer substrate (3) Lithography step for forming a resist pattern using a mask (reticle) to selectively process the thin film layer and wafer substrate (4) According to the resist pattern Etching process for processing thin film layers and substrates (for example, using dry etching technology)
(5) Ion / impurity implantation / diffusion process (6) Resist stripping process (7) Process for inspecting a processed wafer The wafer processing process is repeated for the required number of layers to manufacture a semiconductor device that operates as designed.
[0020]
FIG. 4 is a flowchart showing a lithography process that forms the core of the wafer processing process of FIG. The lithography process includes the following processes.
(1) Resist coating step for coating a resist on the wafer on which a circuit pattern has been formed in the previous step (2) Step for exposing the resist (3) Development step for developing the exposed resist to obtain a resist pattern ( 4) Annealing process for stabilizing the developed resist pattern The semiconductor device manufacturing process, the wafer processing process, and the lithography process are well known and need no further explanation.
When the defect inspection method and the defect inspection apparatus according to the present invention are used in the inspection process of (7) above, even a semiconductor device having a fine pattern can be inspected with high throughput, so that 100% inspection can be performed and the yield of products can be improved. It is possible to prevent shipment of defective products.
[0021]
【The invention's effect】
According to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) Since the number of lens stages can be two as compared with a conventional optical system using a three-stage lens, the number of lens alignment devices can be reduced by one stage. Accordingly, the length of the optical path is shortened, and the blur of the electron beam due to the space charge effect is reduced. Further, since the number of parts used in the optical system and the control circuit for one stage of the lens and one stage of the electrostatic deflector are reduced, the reliability of the electron beam apparatus can be improved.
(2) A large beam current can be obtained with the same electron beam size as compared with the crossover reduced beam.
(3) Since the electron gun can be operated in the space charge limited region, the shot noise of the electron beam can be greatly reduced, and the secondary electron noise can also be reduced.
(4) Since the NA aperture is arranged in front of the reduction lens, the secondary electron detector can be provided in front of the objective lens.
(5) When the NA aperture is disposed adjacent to the objective lens, it is not necessary to accurately position the crossover position of the electron beam.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an explanatory view schematically showing an optical system of the electron beam apparatus according to implementation embodiments of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing another embodiment of the electron beam apparatus of the present invention as a reference.
FIG. 3 is a flowchart showing a device manufacturing process.
FIG. 4 is a flowchart showing a lithography process.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1 ': Electron beam apparatus 10, 10': Primary optical system 11: Electron gun 12: Electrostatic deflector (for axis alignment)
13: Molding opening 14, 15: Electrostatic deflector (for axial alignment)
16: NA aperture 17: Condenser lens 18: Electrostatic deflector 19: E × B separator 20: Objective lens 21: Axisymmetric electrode 22, 23: Power supply 24: Changeover switch 25: Electrostatic deflector 30: Secondary Optical system 40, 40 ': Detection device 401, 401': Detector 402: A / D converter 403: Image processing circuit

Claims (6)

第一次光学系と、第二次光学系と、検出装置とを備え、前記第一次光学系に配置された電子銃から放出される電子線を試料に照射し試料表面から放出される二次電子を検出する電子線装置であって、
前記電子銃を熱電子放出電子銃とし、該電子銃はウェネルト電極を有し、
前記熱電子放出電子銃の前方に配置された成形開口と、
前記成形開口の前方に配置されたNA開口とを有し、
更に、前記第一次光学系は、レンズ構造として、前記NA開口の前方に配置されたコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズの前方に配置された対物レンズの2段のレンズのみを有し、
前記ウェネルト電極の電圧を、前記NA開口と一致した位置にクロスオーバーを形成するように、調整し、
前記コンデンサレンズの励起電圧を、前記対物レンズの主面の位置にクロスオーバーを形成するように調整し、前記熱電子放出電子銃からの電子線で照射された成形開口の像を2段のレンズで試料面上に結像するようにした、電子線装置。
A primary optical system, a secondary optical system, and a detection device are provided. The sample is irradiated with an electron beam emitted from an electron gun disposed in the primary optical system and emitted from the sample surface. An electron beam device for detecting secondary electrons,
The electron gun is a thermionic emission electron gun, the electron gun has a Wehnelt electrode,
A molding opening disposed in front of the thermionic emission electron gun;
NA opening arranged in front of the molding opening,
Further, the primary optical system has , as a lens structure, only a two-stage lens of a condenser lens arranged in front of the NA aperture and an objective lens arranged in front of the condenser lens,
Adjusting the voltage of the Wehnelt electrode so as to form a crossover at a position coincident with the NA opening;
The excitation voltage of the condenser lens is adjusted so as to form a crossover at the position of the main surface of the objective lens, and an image of the molding aperture irradiated with the electron beam from the thermionic emission electron gun is used as a two-stage lens An electron beam device that forms an image on the sample surface.
請求項1に記載の電子線装置を有することを特徴とするデバイスの欠陥検査装置。  A device defect inspection apparatus comprising the electron beam apparatus according to claim 1. 請求項2に記載の欠陥検査装置を用いて、プロセス終了後のウェハの評価を行うことを特徴とするデバイスの製造方法。  A device manufacturing method, comprising: evaluating a wafer after completion of a process using the defect inspection apparatus according to claim 2. 第一次光学系と、第二次光学系と、検出装置とを備えた電子線装置の、前記第一次光学系に配置されたウェネルト電極を有する熱電子放出電子銃から放出される電子線を試料に照射し、試料表面から放出される二次電子を検出する電子線検出方法であって、
前記熱電子放出電子銃の前方に成形開口を配置し、
前記成形開口の前方にNA開口を配置し、
更に、前記第一次光学系に、レンズ構造として、前記NA開口の前方に配置されたコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズの前方に配置された対物レンズの2段のレンズのみを配置し、
前記ウェネルト電極の電圧を、前記NA開口と一致した位置にクロスオーバーを形成するように、調整し、
前記コンデンサレンズの励起電圧を、前記対物レンズの主面の位置にクロスオーバーを形成するように調整し、前記熱電子放出電子銃からの電子線で照射された成形開口の像を2段のレンズで試料面上に結像するようにした、電子線検出方法。
An electron beam emitted from a thermionic emission electron gun having a Wehnelt electrode arranged in the primary optical system of an electron beam apparatus comprising a primary optical system, a secondary optical system, and a detection device Is an electron beam detection method for detecting secondary electrons emitted from the sample surface,
A molding opening is arranged in front of the thermionic emission electron gun,
An NA opening is arranged in front of the molding opening,
Further, in the primary optical system, as a lens structure, only a two-stage lens is arranged, which is a condenser lens arranged in front of the NA aperture and an objective lens arranged in front of the condenser lens,
Adjusting the voltage of the Wehnelt electrode so as to form a crossover at a position coincident with the NA opening;
The excitation voltage of the condenser lens is adjusted so as to form a crossover at the position of the main surface of the objective lens, and an image of the molding aperture irradiated with the electron beam from the thermionic emission electron gun is used as a two-stage lens An electron beam detection method that forms an image on the sample surface with
請求項4に記載の電子線検出方法において、
前記コンデンサレンズの前方に走査用の静電偏向器を配置し、
前記静電偏向器の前方にE×B分離器を配置し、
前記静電偏向器及び前記E×B分離器を偏向することにより、電子線を偏向させることを特徴とする電子線検出方法。
In the electron beam detection method of Claim 4,
An electrostatic deflector for scanning is arranged in front of the condenser lens,
An E × B separator is disposed in front of the electrostatic deflector,
An electron beam detection method comprising deflecting an electron beam by deflecting the electrostatic deflector and the E × B separator.
請求項5に記載の電子線検出方法において、
前記静電偏向器及び前記E×B分離器は前記対物レンズの直上に偏向中心を置くように調整されていることを特徴とする電子線検出方法。
In the electron beam detection method of Claim 5,
The electron beam detecting method, wherein the electrostatic deflector and the E × B separator are adjusted so that a deflection center is placed immediately above the objective lens.
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