JP4050504B2 - 電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、最小線幅が０．１ミクロン以下のパターンを有する試料を高スループット且つ高精度で評価するための電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子線装置において、試料側に磁極間隙を配置した対物レンズは、レンズ主面が試料側に近付くため、低収差になることが知られている。また、こうした対物レンズの上部電極に正の高電圧を印加して軸上色収差を低減する方法も公知である。
【０００３】
レンズ・ギャップが試料側にある従来の対物レンズにおいては、レンズ主面を下げる、すなわち試料側に近付けるには、大きいアンペア・ターン（ＡＴ）の励磁電流を必要とするため、余り収差係数を下げることができなかった。また、上部電極に高電圧を印加する形式の対物レンズにあっては、収差係数に最小値が存在し、或る程度以上の高電圧を印加すると、静電レンズとしての対物レンズのレンズ作用が強くなり、逆に収差係数が低下するという問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この発明はこうした問題点に鑑みて提案されたものであり、この発明の目的は、収差の小さい対物レンズを用いて、大きい開口角の動作点で大きなビーム電流により高スループットで試料の評価を行うことが可能な電子線装置を提供すること、及び、該装置を用いて歩留まり良くデバイスを製造することが可能なデバイス製造方法を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、請求項１の発明は、
電子銃から放出された電子線を対物レンズで収束して試料を照射する電子線装置であって、前記対物レンズが磁極間隙を前記試料の側に有する電磁レンズであり、前記対物レンズと前記試料との間に制御電極を配置した電子線装置において、
前記制御電極が、
前記試料と前記制御電極との間に一次電子線に対する減速電界を形成する電圧を出力する動作条件、前記試料と前記制御電極との間の放電を回避し得る電圧を出力する動作条件、及び、前記試料の電圧よりも低い電圧を前記制御電極に与える動作条件のうちのいずれか一つの動作条件で動作する電源
に接続されることを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【０００６】
請求項２の発明は、
電子銃から放出された電子線を対物レンズで収束して試料を照射する電子線装置であって、前記対物レンズが磁極間隙を前記試料の側に有する電磁レンズを有する電子線装置において、
前記電子銃が、電子線を前記電子銃の光軸から等距離の位置から放出するカソードを有することを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【０００７】
請求項３の発明は、
電子銃から放出された電子線を対物レンズで収束して試料を照射する電子線装置であって、前記対物レンズが磁極間隙を前記試料の側に有する電磁レンズであり、前記対物レンズと前記試料との間に正の電圧を印加する制御電極を配置した電子線装置において、
上記電磁レンズのレンズ主面を前記制御電極の近傍に位置させることを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【０００８】
請求項４の発明は、
電子銃から放出された電子線の放出方向を拡大するコンデンサ・レンズと、
拡大された前記電子線によって照射される複数の開口を有するマルチ開口板と、
前記複数の開口を通過した電子線のクロスオーバが形成されるＮＡ開口板と、
前記クロスオーバの縮小像を試料面に形成する縮小レンズ及び対物レンズと、
前記縮小像を試料面上で走査させる偏向器と、
を具備することを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【０００９】
請求項５の発明は、更に、少なくとも電磁偏向器を有する分離器が光軸に沿って設けられていることを特徴とする。
請求項６の発明は、
請求項１〜５のいずれかに記載の電子線装置を用いて、各プロセス終了後の前記試料の評価を行うことを特徴とするデバイス製造方法、
を提供する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明に係る電子線装置の一つの実施の形態における電子光学系及び信号処理系の構成を概略的に示す図である。同図において、電子銃ＥＧはカソード１、ウェーネルト２及びアノード３を備えている。カソード１は円周上に８個の突起を備え、８本の強い電子線を光軸Ｌから等距離の位置から放出する。
【００１１】
カソード１から放出された８本の電子線は第１のコンデンサ・レンズ４で放出方向を拡大された後、第２のコンデンサ・レンズ５によって縮小され、マルチ開口板６の８個の開口を８本の強い電子線のそれぞれで照射する。マルチ開口板６の８個の開口を通過した電子線はＮＡ開口板７の開口にクロスオーバーを形成した後、縮小レンズ８によって縮小され、対物レンズ９によって減速されて、縮小像すなわちプローブを試料１０の面に形成する。試料１０には、第１の直流電源１１から負の電圧が印加される。こうして、パターンが形成された試料１０を一次電子線によって照射する。試料１０を一次電子線によって走査するため、光軸Ｌに沿って偏向器１２およびＥ×Ｂ分離器１３が設けられ、２段の偏向が行われる。Ｅ×Ｂ分離器１３は静電偏向器と電磁偏向器からなる。
【００１２】
対物レンズ９は、磁極間隙１４が試料１０の側を向いた電磁レンズであり、対物レンズ９と試料１０との間には、軸対称の円盤状の制御電極１５が配置される。制御電極１５は切り換えスイッチ１６を介して、試料１０に印加される負電圧よりも更に低い電圧を供給する第２の直流電源１７又は正の高電圧を供給する第３の直流電源１８に接続される。
【００１３】
第３の直流電源１８は、軸上色収差を小さくする正の高電圧と、試料１０と制御電極１５との間に放電を生じさせない程度の中程度の電圧とに調整可能になっている。この結果、ビア付きのウェーハのような放電し易い試料であっても、第３の直流電源１８を前記中程度の電圧に設定し、スイッチ１６を介して制御電極１５と第３の直流電源１８とを接続することにより、放電の恐れなく評価を実施することができる。
【００１４】
放電の心配の少ない平坦な試料においては、制御電極１５の近傍ではビーム・エネルギがおおきいため、制御電極１５に第３の直流電源１８から高電圧を与えることにより、軸上色収差を極めて小さくすることができる。これは、レンズを通過するときのビーム・エネルギを大きくして△Ｖ／Ｖ（ただし、△Ｖはビームのエネルギ幅、Ｖは制御電極の電圧）を小さくしたからである。しかも、対物レズ９の磁極間隙１４が試料１０の側を向いているので、レンズ主面が試料側に下がり、更に色収差を低減することができる。例えば、試料面への収束半角が３０ｍｒａｄで、エネルギ幅が３ｅＶのとき、１５ｎｍの軸上色収差が得られる。また、制御電極１５の内径を接地されている対物レンズ９の内径よりも小さくすることにより、試料１０と制御電極１５との間で放電が生じない程度の低い電圧で軸上色収差を低減することができる。ここで、磁気レンズのレンズ主面を制御電極の位置近傍になるようにすると、さらに効果的である。
【００１５】
制御電極１５に試料１０に与えられた電圧よりも低い電圧を印加することにより、試料１０に形成されたパターンの電位コントラストを得ることも可能である。この場合、円盤状の制御電極１５の内径が対物レンズ９の内径よりも小さいならば、試料１０に与えられた電圧に一層近い電圧で、高コントラストの電位コントラストを得ることができる。
【００１６】
試料１０を一次電子線で走査した結果、各走査点から二次電子線が放出される。放出された二次電子線は対物レンズ９によって加速、収束されてマルチ二次電子検出器１９によって検出される。マルチ二次電子検出器１９は、そこに印加される電界が光軸Ｌの方へ漏れるのを防止するためにシールドケース２０によって包囲される。さらに、検出器の前面には８個の開口が設けてあり、互いに隣の検出器に入るクロストークを防止する働きもする。マルチ二次電子検出器１９の出力はＡ／Ｄコンバータ２１によってディジタル信号に変換され、このディジタル信号は画像形成回路２２において画像信号化される。こうして得られた画像信号を欠陥検出回路２３に加えて、試料１０に形成されたパターンの欠陥を検出する。
【００１７】
以上、この発明に係る電子線装置の一つの実施の形態を説明したが、電子銃ＥＧのカソード１から放出される電子線の数は８個に限定されるものではなく、これより多くても、少なくてもよく、１個でもよいことは勿論である。それに対応して、カソード１から放出される電子線の数に応じた数の開口を有するマルチ開口板６が使用される。
【００１８】
次に、図２及び図３を用いて、本発明の半導体デバイス製造方法について説明する。本発明の半導体デバイス製造方法は、上記した評価装置を用いて、プロセス途中あるいは完成後のウェーハの評価を行うものである。以下に、一般的な半導体デバイス製造方法について、図２及び図３のフローチャートを参照して説明する。
【００１９】
図２に示すように、半導体デバイス製造方法は、概略的に分けると、ウェーハを製造するウェーハ製造工程Ｓ１、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Ｓ２、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程Ｓ３、ウェーハ上に形成されたチップを１個づつに切り出し、動作可能にするチップ組立工程Ｓ４、及び、完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
【００２０】
上記した工程の中で、半導体デバイスの製造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウェーハ・プロセッシング工程である。これは、この工程において、設計された回路パターンをウェーハ上に形成し、かつ、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成するからである。
【００２１】
このように半導体デバイスの製造に影響を及ぼすウェーハ・プロセッシング工程のサブ工程において実行されたウェーハの加工状態を評価することが重要であり、該サブ工程について、以下に説明する。
【００２２】
まず、絶縁層となる誘電体薄膜を形成するとともに、配線部及び電極部を形成する金属薄膜を形成する。薄膜形成は、ＣＶＤやスパッタリング等により実行される。次いで、形成された誘電体薄膜及び金属薄膜、並びにウェーハ基板を酸化し、かつ、マスク製造工程Ｓ３によって作成されたマスク又はレチクルを用いて、リソグラフィ工程において、レジスト・パターンを形成する。そして、ドライ・エッチング技術等により、レジスト・パターンに従って基板を加工し、イオン及び不純物を注入する。その後、レジスト層を剥離し、ウェーハを検査する。
【００２３】
このようなウェーハ・プロセッシング工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程Ｓ４においてチップ毎に分離される前のウェーハが形成される。
【００２４】
図３は、図２のウェーハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフローチャートである。図７に示すように、リソグラフィ工程は、レジスト塗布工程Ｓ２１、露光工程Ｓ２２、現像工程Ｓ２３及びアニール工程Ｓ２４を含む。
【００２５】
レジスト塗布工程Ｓ２１において、ＣＶＤやスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウェーハ上にレジストを塗布し、露光工程Ｓ２２において、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程Ｓ２３において、露光されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、アニール工程Ｓ２４において、現像されたレジスト・パターンをアニールして安定化させる。これら工程Ｓ２１〜Ｓ２４は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【００２６】
本発明の半導体デバイス製造方法においては、図１に関連して説明した電子線装置を、完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５において用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスであっても、歪み、ぼけ等が低減された画像を得ることができるので、ウェーハの欠陥を確実に検出することができる。なお、電子線装置が近傍に配置される加工装置は、評価を必要とする加工を行うものであれば、どのような加工装置であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上、この発明に係る電子線装置の一つの実施の形態について詳述したところから理解されるように、この発明は、
（１）制御電極に正の高電圧を与えることにより、対物レンズを通過するときの一次電子線のエネルギを高めることができるので、収差特性を改善することができる、
（２）制御電極を対物レンズよりも試料側に設置したので、制御電極に与える電圧を上げても、レンズ主面の位置が変化せず、エネルギが高い効果のみが強調される、
（３）制御電極に試料よりも低い電圧を与えることにより、試料から放出される二次電子線のエネルギ・フィルタの作用を行わせることができ、高コントラストの電位コントラスト像を得ることができる、
（４）制御電極に与える電圧の大きさを、試料との間に放電を生じない程度に調整することにより、ビア付きのウェーハのような放電し易い試料であっても、放電の恐れなく評価を行うことができる、
（５）電子銃からマルチビームを放出させることにより、高スループットで試料の評価を実施することができる、
（６）制御電極の内径を対物レンズの内径よりも小さくすることにより、比較的小さい電圧で色収差係数を小さくすることができるうえ、高コントラストの電位コントラスト像を得ることができる、
（７）歩留まり良くデバイスを製造することができる、
という格別の効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明に係る電子線装置の一つの実施の形態における電子光学系及び信号処理系を概略的に示す図である。
【図２】 本発明に係る電子線装置を適用して半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図３】 図２に示したウェーハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示したフローチャートである。
【符号の説明】
１：カソード、 ２：ウェーネルト、 ３：アノード、 ＥＧ：電子銃、 ４：第１のコンデンサ・レンズ、 ５：第２のコンデンサ・レンズ、 ６：マルチ開口板、 ７：ＮＡ開口板、 ８：縮小レンズ、 ９：対物レンズ、 １０：試料、 １１：第１の直流電源、 １２：偏向器、 １３：Ｅ×Ｂ分離器、１４：磁極間隙、 １５：制御電極、 １６：スイッチ、 １７：第２の直流電源、 １８：第３の直流電源、 １９：マルチ二次電子検出器、 ２０：シールドケース、 ２１：Ａ／Ｄコンバータ、 ２２：画像形成回路、 ２３：欠陥検出回路、

Claims (6)

1. 電子銃から放出された電子線を対物レンズで収束して試料を照射する電子線装置であって、前記対物レンズが磁極間隙を前記試料の側に有する電磁レンズであり、前記対物レンズと前記試料との間に制御電極が配置され、前記試料に負電圧が印加される電子線装置において、
   前記制御電極が
   （１）前記試料に印加された前記負電圧よりも低い電圧を前記制御電極に印加する電源と、
   （２）前記試料がビア付きのウェーハであるとき、前記試料と前記制御電極に放電を生じさせない第１の正電圧を印加し、前記試料が平坦な試料であるとき、前記制御電極に前記第１の正電圧より高く放電を生じさせない第２の正電圧を印加する電源と、
   のうちのいずれかに選択的に接続される
   ことを特徴とする電子線装置。
2. 請求項１に記載の電子線装置であって、前記電子銃が、電子線を前記電子銃の光軸から等距離の位置から放出するカソードを有することを特徴とする電子線装置。
3. 請求項１に記載の電子線装置であって、前記電磁レンズのレンズ主面を前記制御電極の近傍に位置させることを特徴とする電子線装置。
4. 請求項１に記載の電子線装置であって、更に、
   電子銃から放出された電子線によって照射される複数の開口を有するマルチ開口板と、
   前記複数の開口を通過した電子線のクロスオーバが形成されるＮＡ開口板と、
   前記クロスオーバの縮小像を試料面に形成する縮小レンズ及び対物レンズと、
   前記縮小像を試料面上で走査させる偏向器と、
   を具備することを特徴とする電子線装置。
5. 請求項４に記載の電子線装置であって、更に、少なくとも電磁偏向器を有する分離器が光軸に沿って設けられていることを特徴とする電子線装置。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の電子線装置を用いて、各プロセス終了後の前記試料の評価を行うことを特徴とするデバイス製造方法。

Images