(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次電子線を対物レンズで集束し、集束された該一次電子線によって試料上を走査し、該試料から放出する二次電子をＥ×Ｂ分離器により一次電子線の光路からそらして二次電子検出器へと向かわせるようになされた電子線装置において、カソード電位を変化させた時のＥ×Ｂ分離器による電子像の位置の変化が最小になるように、Ｅ×Ｂ分離器を構成する静電偏向器と電磁偏向器との偏向比を調整可能となされていることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記二次電子検出器で検出された二次電子は、増幅されたのち、Ａ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換され、ラインメモリを通ってＣＰＵに入力されるようになされており、
前記ラインメモリは二つ設けられており、該二つのラインメモリは、前記Ａ／Ｄ変換器との間、および、前記ＣＰＵとの間にそれぞれ設けられた交番的に接続可能なスイッチによって、前記Ａ／Ｄ変換器からの信号を一方のラインメモリに取り込んでいる間に、既に他方のラインメモリに取り込まれている、ひとつ前の一走査分の信号を前記ＣＰＵに転送可能となされている、
請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の電子線装置を用いてデバイス製造の各ウェーハプロセス後のウェーハの評価を行うことを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有するウェーハの評価を高スループット且つ高信頼性で行う電子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、複数のビーム（一次電子線）をＥ×Ｂ分離器および対物レンズを通し、該ビームにより試料上を走査し、該試料から発生した二次電子を、対物レンズが作る電界で加速し、Ｅ×Ｂ分離器によって一次電子線の光路から偏向させ、二次電子検出器へと向かわせるようにした装置は公知である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来の技術に存在するＥ×Ｂ分離器では、一次電子線は全く偏向されないようにするが、二次電子線を２０°とか３０°等に大きく偏向させたい場合には、一次電子線に偏向色収差が発生する問題があった。
【０００４】
また、この問題を回避するため、Ｅ×Ｂ分離器を像面と共役の位置に設ける方法もあるが、その場合はＥ×Ｂ分離器と対物レンズの前段レンズとの距離が短くなり、二次光学系の光学部品と上記前段レンズとの干渉を避けるのが困難になるという問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明によれば、一次電子線を対物レンズで集束し、集束された該一次電子線によって試料上を走査し、該試料から放出する二次電子を、対物レンズが作る電界で加速し、該対物レンズを通過後の二次電子を、Ｅ×Ｂ分離器により一次電子線の光路からそらして二次電子検出器へと向かわせるようになされた電子線装置において、Ｅ×Ｂ分離器を構成する静電偏向器による偏向色収差と電磁偏向器による偏向色収差とをほぼ等しくさせるような強度でＥ×Ｂ分離器を動作可能となされていることを特徴とする電子線装置が提供される。
【０００６】
また、本発明によれば、一次電子線を対物レンズで集束し、集束された該一次電子線によって試料上を走査し、該試料から放出する二次電子をＥ×Ｂ分離器により一次電子線の光路からそらして二次電子検出器へと向かわせるようになされた電子線装置において、カソード電位を変化させた時のＥ×Ｂ分離器による電子像の位置の変化が最小になるようにＥ×Ｂ分離器を構成する静電偏向器と電磁偏向器との偏向比を調整可能となされていることを特徴とする電子線装置も提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、一次電子線を対物レンズで集束し、集束された該一次電子線によって試料上を走査し、該試料から放出する二次電子をＥ×Ｂ分離器により二次電子検出器へと向かわせるようになされた電子線装置において、一次電子線がＥ×Ｂ分離器により偏向される量に関し、静電偏向器による量を電磁偏向器による量よりも大きくするよう調整可能となされていることを特徴とする電子線装置も提供される。
【０００８】
また、本発明によれば、静電偏向器と電磁偏向器とを同じ光軸方向位置で組合わせたＥ×Ｂ分離器と対物レンズとで一次電子線を試料に入射させ、該試料から放出する二次電子をＥ×Ｂ分離器により一次光学系から分離させ、分離後少なくとも１段のレンズで該二次電子を二次電子検出器に結像させて検出するようになされた電子線装置において、対物レンズが作る二次電子像の像面をＥ×Ｂ分離器の偏向主面に一致させるように調整可能であることを特徴とする電子線装置も提供される。
【０００９】
さらに本発明によれば、上述したいずれかの電子線装置を用いてデバイス製造の各ウェーハプロセス後のウェーハの評価を行うことを特徴とするデバイス製造方法も提供される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一つの実施の形態である電子線装置の電子光学系を示す。単結晶ＬａＢ６カソード１から放出された一次電子線は、ウェーネルト２およびアノード３が作る電界によって、アノード３を通過した後に２０μｍφ程度のクロスオーバを形成する。このクロスオーバはコンデンサレンズ６で縮小され、走査偏向器７の近傍に縮小像を作り、さらに対物レンズ１１で縮小され、試料１２上に１００ｎｍφのクロスオーバ像を作る。なお、符号４，５は軸合わせ偏向器を示し、符号１３は、コンデンサレンズ６におけるセラミック円柱、１４はコンデンサレンズ上極、１５はコンデンサレンズ中央電極、１６はコンデンサレンズ下極をそれぞれ示す。また、符号１７は対物レンズ１１のセラミック円柱、１８は対物レンズ上極、２０は対物レンズ下極をそれぞれ示す。
【００１１】
一次電子線は、走査偏向器７とＥ×Ｂ分離器を構成する静電偏向器１０とにより２段偏向されて試料上を走査する。試料１２の走査点から発生した二次電子は、対物レンズ１１の作る電界によって加速され、細いビームとなり対物レンズ１１を通過する。そして対物レンズ１１を通過した二次電子は、Ｅ×Ｂ分離器により図１で見て左方へ偏向され、二次電子検出器８で検出され、増幅器２１で増幅され、Ａ／Ｄ変換器２２でデジタル信号に変換され、ラインメモリ２３、２４を通ってＣＰＵ２５に入力される。
【００１２】
ラインメモリ２３，２４とＡ／Ｄ変換器２２との間、および、ラインメモリ２３，２４とＣＰＵ２５との間には、それぞれ切り換スイッチＳ１，Ｓ２が設けられており、これらのスイッチＳ１，Ｓ２は各ラインメモリ２３，２４に対して互いに交番的に接続する。例えば、図示状態では、Ａ／Ｄ変換器２２からスイッチＳ１を介して一方のメモリ２４に信号を取り込んでいる間、既に他方のメモリ２３に取り込まれている、ひとつ前の一走査分の信号がスイッチＳ２を介してＣＰＵ２５に転送される。一走査が終了したらスイッチＳ１およびＳ２がそれぞれ切り換えられ、Ａ／Ｄ変換器２２からメモリ２３に信号が取り込まれ、メモリ２４の信号がＣＰＵ２５に入力される。
【００１３】
Ｅ×Ｂ分離器で一次電子が曲げられないようにすると、一次電子におけるエネルギ幅は０ではないので、偏向色収差が発生し、一次電子線が電界の向きにボケることになる。この偏向色収差を静電偏向器−対物レンズの組み合わせと電磁偏向器−対物レンズの組み合わせとに分けて計算した結果を図２に示す。ここで横軸は、Ｅ×Ｂ分離器を構成する電磁偏向器９又は静電偏向器１０と対物レンズ１１の中央電極１９間の距離（ｍｍ）であり、縦軸は試料上で１８０μｍ偏向した場合のエネルギ幅５ｅＶでの偏向色収差（ｎｍ）である。
【００１４】
図２において、黒丸は電磁偏向と対物レンズとの組合わせの場合であり、白丸は静電偏向と対物レンズとの組合わせの場合である。通常、偏向色収差は静電偏向のほうが大きいが、この場合は対物レンズでも偏向色収差を発生するから、このように電磁偏向のほうが大きくなっている。
【００１５】
Ｅ×Ｂ分離器の偏向中心と対物レンズとの間の距離が３０ｍｍの場合、静電偏向と電磁偏向との比を５５５：４８５とすれば、静電偏向と電磁偏向との偏向方向は逆であるから、収差も逆の方向に発生し、互いに打ち消す。静電偏向と電磁偏向とは、互いに打ち消し合って偏向色収差を０にすることができる。但しＥ×Ｂ分離器を通った主光線の軌道は（５５５−４８５）／（５５５＋４８５）≒０．０７程度偏向される。この７パーセントという値は、二次電子を２０°曲げるとして、それが１．４°偏向されるのみであるということを意味するから、問題にはならない。
【００１６】
実測によって上記比率を求めるには、カソード電位を標準の値とそれより１００Ｖ程度小さい値との２値に周期的に変化する値にし（いわゆるウォブリング）、マーク像をＣＲＴモニタに表示する。マーク像は、カソード電位にウォブリングを与えたことによる偏向色収差によって２つの像に分れる。またＥ×Ｂ分離器に励起を行った場合と、行わなかった場合との差も見ることができる。図３は、これらの様子をＣＲＴに表示したものである。十字マークのＳＥＭ像をＣＲＴ３１に表示するものとし、Ｅ×Ｂ分離器を励起しない場合の像の位置を３２とする。Ｅ×Ｂ分離器を励起すると符号３３で示す位置に像が移動し、さらにカソード電位にウォブラをかけると、十字マークの像は、符号３３の位置と符号３４の位置とに分離する。静電偏向と電磁偏向との比率を変化させると、３３の位置と３４の位置との間の距離Ｂを調整できる。Ｂが０になる比を求めれば、Ｅ×Ｂ分離器による偏向色収差を０にすることができる。
【００１７】
Ｂを完全に０にしなくても、他の収差に比べてＥ×Ｂ分離器による偏向色収差を無視できる程度以下にすればよい。このためには、（静電偏向／電磁偏向）比を１〜５５５／４８５の間にすればよい。即ち、この範囲で静電偏向器１０による偏向量を電磁偏向器９による偏向量より大きくすればよい。上記比を１とした場合、十字マークの像の位置３２と３３との間の距離Ａは０となるが、Ｂは大きな値になる。上記比を１から徐々に増してゆくと、Ｂは小さくなり、上記比が５５５／４８５の近くになるとＢは０になるが、上記比をさらに増すとＢは増加する。
【００１８】
図４は、本発明の第２の実施の形態による電子線装置における光学系を示す。電子銃４１から放出された一次電子線は、レンズ４２を通過し、さらに、互いに同じ光軸方向を有する静電偏向器３７および電磁偏向器３８を備えたＥ×Ｂ分離器４３を通過し、対物レンズ４４で縮小されて試料４６上に結像する。試料４６から放出した二次電子４８は対物レンズ４４で加速され、レンズ４４を通過後、Ｅ×Ｂ分離器４３で一次光学系から分離され、分離後に１段のレンズ４５で二次電子検出器４７に合焦され、検出される。一次電子線はＥ×Ｂ分離器４３の主面に像面を一致させていないが、二次電子の像面はＥ×Ｂ分離器４３の主面と一致している。従って、Ｅ×Ｂ分離器４３で大きな偏向色収差があっても、レンズ４５でその分が戻されるので、二次電子４８が検出器４７を外れることはない。
【００１９】
次に図５及び図６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。
図５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１００）
（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、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。
【００２０】
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。
【００２１】
図６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２００）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ２０１）
（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２０２）
（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２０３）
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。
【００２２】
上記（Ｇ）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成る。
【００２３】
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。
【００２４】
【発明の効果】
本発明の電子線装置によれば、一次電子線の像面とＥ×Ｂ分離器の主面とを一致させない状態で、Ｅ×Ｂ分離器による一次電子線の偏向色収差を補正できる。
【００２５】
また、カソード電位にウォブリングを行うことにより色収差を発生させ、それによって偏向色収差を補正する方法が実現できる。
また、Ｅ×Ｂ分離器による一次電子線の偏向量と、一次電子線の偏向色収差との両方を問題ない程度に小さくすることができる。
【００２６】
また、二次電子像の像面とＥ×Ｂ分離器の主面とを一致させることによって、Ｅ×Ｂ分離器で偏向しても偏向色収差を問題ない程度の値に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態による電子線装置における電子光学系の概略模式図。
【図２】  Ｅ×Ｂ分離器と対物レンズとの組合わせによる偏向色収差特性を示すグラフ。
【図３】  偏向色収差補正方法を説明するための図。
【図４】  本発明の第２の実施の形態による電子線装置における電子光学系の概略模式図。
【図５】  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。
【図６】  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。
【主要部分の符号の説明】
１  カソード、２  ウェーネルト、３  アノード、４，５  軸合わせ偏向器、６コンデンサレンズ、７  走査偏向器、８  二次電子検出器、９  電磁偏向器、１０  静電偏向器、１１  対物レンズ、１２  試料、１９  中央電極、２１  増幅器、２２  Ａ／Ｄ変換器、２３，２４  ラインメモリ、２５  ＣＰＵ、３７  静電偏向器、３８  電磁偏向器、４１  電子銃、４２  レンズ、４３  Ｅ×Ｂ分離器、４４  対物レンズ、４５  レンズ、４６  試料、４７  二次電子検出器、４８  二次電子軌道。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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