(57)【要約】【課題】  照明用電子のエネルギーを切り換えた場合でも、光軸がずれたり照明条件が変わったりすることのない荷電粒子線装置を提供する。【解決手段】  偏向器１６を作動させることにより、照明ビームの光束中心の位置を４に示す位置から１８に示す位置に変更することができる。補助レンズ１７は、その中心軸が照明ビーム１８の光束中心と一致するように配置されており、照明用荷電粒子線のエネルギーが変更された場合に、電磁プリズム３への入射位置を補正するために用いられる。電磁プリズム３に入射する照射ビームは、そのエネルギーの違いに応じて、２つの位置から入射するが、その位置は、何れの場合にも、電磁プリズム３を出るときの照明ビームの光束中心が光軸１９に一致するような位置に選ばれている。よって、照明ビームのエネルギーを変えた場合でも、試料６を軸ずれの影響が少ない条件で照明することが可能となる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
照射線源から発した照明用荷電粒子線を、照明光学系を介して光路切換手段である電磁プリズムに入射させ、当該電磁プリズムを通過した前記照明用荷電粒子線を、対物光学系を介して試料面に入射させ、当該試料面から放出された観察用荷電粒子線を、前記対物光学系を介して電磁プリズムに入射させ、当該電磁プリズムによって前記照射線源に至る方向とは異なる方向に前記観察用荷電粒子線を導き、結像光学系を介して検出手段に入射させて検査、観察等を行う荷電粒子線装置であって、前記照明光学系に、前記照明用荷電粒子線の光束中心をずらす偏向器と、前記偏向された照明用荷電粒子線を調整する補助レンズとを有し、前記偏向された照明用荷電粒子線が、偏向されない場合の荷電粒子線とは別の場所から前記電磁プリズムに入射するようにされていることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置を用いて、マイクロデバイス又はその中間製品の表面を検査する工程を有することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線を試料面に照射させ、その結果発生する２次電子や反射電子を用いて、物体面の観察、検査等を行う写像型電子顕微鏡等の荷電粒子線装置、及びこの荷電粒子線装置を用いたマイクロデバイスの製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
写像型電子顕微鏡は、電子光学系を使用して、電子線を試料面に照射し、その結果発生する２次電子や反射電子を、電子光学系を使用して検出装置の検出面に結像させ、２次元的に試料面を観察するものである。これは、ＳＥＭと異なり走査回数を減らすことができるので、試料観察時間を短縮することができ、半導体等のマイクロデバイスの検査装置として注目されている。
【０００３】
このような写像型電子顕微鏡として考えられているものの例を、図３に示す。カソード２１から出射した照射ビーム２４は、ウェネルト電極３４、アノード３５、照明専用電子光学系２２を通過して、電磁プリズム（Ｅ×Ｂ）２３に入射する。照射ビーム２４は、電磁プリズム２３によって、その光路が変更された後、対物レンズ２７を通過して、試料２６を面照明する。
【０００４】
試料２６に照射ビーム２４が入射すると試料２６からは、その表面形状、材質分布、電位の変化などに応じた分布の２次電子、後方散乱電子及び反射電子（発生電子２８と総称する）が発生する。この発生電子２８は、対物レンズ２７、電磁プリズム２３、結像専用電子光学系２９を通して、ＭＣＰ(Micro Channel Plate)検出器３０上に投影され、光写像光学系３２を通過して、ＣＣＤカメラ３３に画像が投影される。２５は試料ステージである。なお、結像電子光学系は、結像専用電子光学系２９、電磁プリズム２３、対物レンズ２７からなり、照明電子光学系は、照明専用電子光学系２２、対物レンズ２７、電磁プリズム２３から構成される。
【０００５】
以上説明したような写像型電子顕微鏡においては、照射用電子線と観察用電子（発生電子）線の光路を切り換えるため電磁プリズム（Ｅ×Ｂ）を使用している。電磁プリズムはウィーンフィルタとも呼ばれ、電子線に作用する静電力とローレンツ力を使用することにより、照射用電子線と観察用電子線の光路を切り換えるものである。
【０００６】
いま、電磁プリズム２３において図３に示すようにｘ−ｙーｚ軸をとり、電界Ｅの向きをｘ軸正方向（紙面左向き方向）、磁界Ｂの向きをｙ軸正方向（紙面奥向き）とし、観察用電子の速度をＶｏとすると、電磁プリズム２３において観察用電子に働く静電力は、ｘ軸負方向に向かってｅＥ（ｅは電子の電荷）であり、観察用電子に働くローレンツ力はｘ軸正方向に向かってｅＢＶｏである。よってＥ＝Ｂｖｏの関係を持たせることにより、観察用電子が電磁プリズム２３中を直進するようにすることができる。
【０００７】
一方、照明用電子の速度のｚ方向成分を−Ｖｉとすると、電磁プリズム２３において照明用電子に働く静電力はｘ軸負方向に向かってｅＥであり、照明用電子に働くローレンツ力はｘ軸負方向に向かってｅＢｖｉである。よって、静電力とローレンツ力が重畳して、照明用電子の軌道をｘ軸方向の負方向に曲げ、その結果、斜め入射する照明用電子は、ｚ軸負方向に進行するようになる。このようにして、照明用電子線と観察用電子線の光路を切り換えることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、観察する試料の種類によっては、照明用電子のエネルギーを切り換えて使用しなければならない場合がある。これは、カソード２１にかける電圧を調整することにより実現できるが、その場合、照明用電子の速度ｖｉが異なってくることになる。よって、電磁プリズム２３において照明用電子がうけるローレンツ力が異なるため、電場Ｅと磁場Ｂの大きさを、照明用電子のエネルギーに応じて変えることにより、照明用電子が同じ角度だけ曲がるように調整する。しかし、静電力とローレンツ力は、光路上のどこでも同じというわけではなく、電磁プリズム２３の中心近傍と端部では多少の違いが生じている。従って、照明用電子のエネルギーを変えたときに、電子線が曲がる角度を揃えても、光軸（電子線の光束の中心）のシフトが残ってしまう。その結果として、電磁プリズム２３を出た照明用電子線が光軸からずれ、条件によっては照明条件が、理想的なケーラー照明から外れてしまうという問題点が生じる。
【０００９】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、照明用荷電粒子のエネルギーを切り換えた場合でも、照明用荷電粒子線が光軸からずれたり照明条件が変わったりすることがなく、又、照明用荷電粒子線のエネルギー変化による再調整を簡単に行える荷電粒子線装置、及びこの荷電粒子線装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前記課題を解決するための第１の手段は、照射線源から発した照明用荷電粒子線を、照明光学系を介して光路切換手段である電磁プリズムに入射させ、当該電磁プリズムを通過した前記照明用荷電粒子線を、対物光学系を介して試料面に入射させ、当該試料面から放出された観察用荷電粒子線を、前記対物光学系を介して電磁プリズムに入射させ、当該電磁プリズムによって前記照射線源に至る方向とは異なる方向に前記観察用荷電粒子線を導き、結像光学系を介して検出手段に入射させて検査、観察等を行う荷電粒子線装置であって、前記照明光学系に、前記照明用荷電粒子線の光束中心をずらす偏向器と、前記偏向された照明用荷電粒子線を調整する補助レンズとを有し、前記偏向された照明用荷電粒子線が、偏向されない場合の荷電粒子線とは別の場所から前記電磁プリズムに入射するようにされていることを特徴とする荷電粒子線装置（請求項１）である。
【００１１】
本手段においては、通常使用している照明用荷電粒子線のエネルギーと異なるエネルギーを有する荷電粒子線を照射するときは、偏向器により照明用電子線を偏向し、通常使用している荷電粒子線が電磁プリズムに入射する位置とは異なる位置から、電磁プリズムに入射するようにする。
【００１２】
このようにすると、照明用荷電粒子線のエネルギー変化に応じて電場Ｅと磁場Ｂの大きさを変えた場合にも、電磁プリズムで曲げられた軌道が光軸を通り、かつ、照明条件が通常使用している状態と変わらないようにすることができる。
【００１３】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段である荷電粒子線装置を用いて、マイクロデバイス又はその中間製品の表面を検査する工程を有することを特徴とするマイクロデバイスの製造方法（請求項２）である。
【００１４】
本手段においては、試料に応じて照明用荷電粒子のエネルギーを変えても、照明条件の調整が簡単になり、かつ、変化が少ない状態で検査を行うことができるので、欠陥等を早期に発見でき、製品の歩留まりをよくすることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、照明用電子のエネルギーを切り換えた場合でも、照明用荷電粒子線が光軸からずれたり照明条件が変わったりすることがなく、又、照明用荷電粒子線のエネルギー変化による再調整を簡単に行える荷電粒子線装置、及びこの荷電粒子線装置を用いたマイクロデバイスの製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態である写像型顕微鏡の光学系の概要を示す図である。カソード１から出射した照射ビーム４は、ウェネルト電極１４、アノード１５、照明専用電子光学系２を通過して、電磁プリズム（Ｅ×Ｂ）３に入射する。照射ビーム４は、電磁プリズム３によって、その光路が変更された後、対物レンズ７を通過して、試料６を面照明する。
【００１７】
試料６に照射ビーム４が入射すると試料６からは、その表面形状、材質分布、電位の変化などに応じた分布の２次電子、後方散乱電子及び反射電子（発生電子８と総称する）が発生する。この発生電子８は、対物レンズ７、電磁プリズム３、結像専用電子光学系２９を通して、ＭＣＰ(Micro Channel Plate)検出器１０上に投影され、光写像光学系１２を通過して、ＣＣＤカメラ１３に画像が投影される。５は試料ステージである。なお、結像電子光学系は、結像専用電子光学系９、電磁プリズム３、対物レンズ７からなり、照明電子光学系は、照明専用電子光学系２、対物レンズ７、電磁プリズム３から構成される。ここまでの構成は、図３に示した従来の写像型電子顕微鏡の構成と同じである。
【００１８】
本実施の形態においては、上記の構成に加えて、偏向器１６、補助レンズ１７が設けられている。偏向器１６は、まとめて１つのものとして図示しているが、２つ以上の偏向器が組み合わさったものであり、これを作動させることにより、照射ビームの光束の中心の位置を４に示す位置から１８に示す位置に変更することができる。
【００１９】
補助レンズ１７は、照明用荷電粒子線のエネルギーを変更した際、電磁プリズム３に入射する照明ビームの位置を照射ビーム４の位置から照明ビーム１８の位置に調整するために用いられる。補助レンズ１７の中心（回転対称）軸は、照明ビーム１８の光束中心を合わせるべき位置に配置されており、後に示すように、ウォブリングにより、照明ビームの位置を、照射ビーム４の位置から照射ビーム１８の位置に調整するために用いられる。
【００２０】
図１に示すように、電磁プリズム３に入射する照明ビームは、そのエネルギーの違いに応じて、２つの位置（４，８）から入射するが、その位置は、エネルギーの違いに基づく照明ビームの偏向量の違いがあっても、電磁プリズム３を出るときの照明ビームの光束中心がが光軸１９に一致するような位置に選ばれている。
【００２１】
よって、照明ビームのエネルギーを変えた場合でも、試料６を軸ずれの影響が少ない条件で照明することが可能となる。
【００２２】
以下、このような写像型電子顕微鏡において、補助レンズ１７を用いて、照明ビーム１８の光束中心を補助レンズ１７の軸に合わせる方法について説明する。偏向器１６を、予め定められた量だけ駆動し、照明ビーム１８を粗く照射ビーム４の位置からシフトする。この状態で、補助レンズ１７の電圧を、標準印加電圧に対して微少量ΔＶだけ増減する。
【００２３】
そして、その状態で像の状態を観察する。もし、照明ビーム１８の光束中心が補助レンズ１７の軸に一致していれば、このようにして補助レンズ１７のパワーを代えた場合、像はぼけるが像の位置は変化しない。もし、照明ビーム１８の光束中心が補助レンズ１７の軸に一致していなければ、像がぼけると共に像の位置が変化する。
【００２４】
よって、像の位置を観察しながら偏向器１６を調整し、像の位置が変化しないようにすることで、照明ビーム１８の光束中心を補助レンズ１７の軸に一致させることができる（ウォブリング）。従って、照明ビームのエネルギーを変えた場合に、電磁プリズム３を出た照明ビームの光束中心が、光軸１９に一致するような電磁プリズム３への入射位置、及び入射角度に一致するよう、補助レンズ１７の軸を配置しておけば、補助レンズ１７の軸に一致するように調整された照明ビーム１８の光束中心は、電磁プリズム３を出るとき、光軸１９に一致することになる。
【００２５】
又、照明電子のエネルギーによっては、補助レンズ１７を結像に積極的に利用した方が良い場合もある。例えば、照明用電子エネルギーを変えても結像用電子エネルギーが不変の場合、対物レンズ７の印加電圧は変更されないが、その場合、照明ビーム１８にとっては、照明電子エネルギーを大きくすると、レンズパワー不足になってしまい、照明電子エネルギーの違いにより結像条件の差が大きくなる場合がある。このような場合には、補助レンズ１７によって対物レンズ７のパワー不足を補ってやることにより、照明電子のエネルギーの違いによって生じる結像条件の変化を低減することができる。従って、照明電子エネルギーが大きい場合に、偏向器１６により照明ビームの位置を偏向して、照明エネルギーが大きい場合に最適な入射位置から電磁プリズム３に入射させ、補助レンズ１７により対物レンズ７のパワーを補ってやるようにすればよい。
【００２６】
以下、本発明の実施の形態の一例である半導体デバイスの製造方法の実施の形態の例を説明する。図２は、本発明の実施形態である半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。この例の製造工程は以下の各主工程を含む。
(1)ウェハを製造するウェハ製造工程（又はウェハを準備するウェハ準備工程）
(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）
(3)ウェハに必要な加工処理を行うウェハプロセッシング工程
(4)ウェ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
(5)できたチップを検査するチップ検査工程
なお、それぞれの工程はさらにいくつかのサブ工程からなっている。
【００２７】
これらの主工程の中で、半導体のデバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェ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、ある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)この薄膜層やウェハ基板を酸化する酸化工程
(3)薄膜層やウェ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)さらに加工されたウェハを検査する検査工程
なお、ウェ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。
【００２８】
本実施の形態においては、できたチップを検査するチップ検査工程と加工されたウェハを検査する検査工程において、本発明の写像型電子顕微鏡による検査を行っている。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の第１の実施の形態である写像型顕微鏡の光学系の概要を示す図である。
【図２】本発明の実施形態である半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】写像型電子顕微鏡として考えられているものの例を示す図である。
【符号の説明】
【００３０】
１…カソード、２…照明専用電子光学系、３…電磁プリズム、４…照射ビーム、６…試料、７…対物レンズ、８…発生電子、９…結像専用電子光学系、１０…検出器、１２…光写像光学系、１３…ＣＣＤカメラ、１４…ウェネルト電極、１５…アノード、１６…偏向器、１７…補助レンズ、１８…照明ビーム、１９…光軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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