(57)【要約】      （修正有）【課題】磁気レンズよりも真空条件が厳しい静電レンズでも差動排気が可能な電子線装置を提供する。また、差動排気装置を組み込んでも対物レンズと検査対象との距離を短くできて、対物レンズの色収差を小さくできるようにする。【解決手段】電子銃２及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する静電レンズより成る対物レンズ７を有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッド１２と、を備えた電子線装置１に関する。その電子線装置において、前記対物レンズ７の検査対象Ｗに最も近い電極と前記検査対象との間の間隔は、前記差動排気系の排気コンダクタンスを制限する前記排気ヘッドの部材と前記検査対象Ｗとの間の距離ｄ１〜ｄ３と同程度、或いはそれより小さくした。【選択図】図１
2006054192.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子銃及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する静電レンズより成る対物レンズを有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッドと、を備えた電子線装置において、前記対物レンズが上電極、中央電極及び下電極を備えていて、前記上電極が円筒形を有し、前記排気ヘッドは、その排気ヘッドの内側部材が、前記円筒形の上電極と同軸の、前記下電極の円筒状部分の外側に配置されるようにして前記対物レンズの外側に配置され、前記対物レンズの検査対象に最も近い前記下電極と前記検査対象との間の間隔が、前記差動排気系の排気コンダクタンスを制限する前記排気ヘッドの前記部材の前記検査対象側の面と前記検査対象の表面との間の距離と同程度或いはそれより小さくしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
電子銃及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する対物レンズを有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッドと、前記排気ヘッド及び前記検査対象を収容するようになっていて所望の雰囲気に制御可能な試料室とを備えた電子線装置において、前記排気ヘッドは、その排気ヘッドの内側部材が前記対物レンズの円筒状部分の外側に配置されるようにして前記対物レンズの外側に配置され、前記試料室の圧力を１０−１ｔｏｒｒ以下でかつ電子の通路内の圧力より大きい一定の圧力にち、更に上記電子銃は空間電荷制限領域で動作することを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
電子銃及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する静電レンズより成る対物レンズを有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッドと、前記排気ヘッド及び前記検査対象を収容するようになっていて所望の雰囲気に制御可能な試料室とを備えた電子線装置において、前記対物レンズが上電極、中央電極及び下電極を備えていて、前記排気ヘッドは、その排気ヘッドの内側部材が、前記上電極と同軸の、前記下電極の円筒状部分の外側に配置されるようにして前記対物レンズの外側に配置され、前記試料室の圧力を１０−１ｔｏｒｒ以下でかつ電子の通路内の圧力より大きい一定の圧力に保つことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の電子線装置を用いて、各ウエハプロセス終了後のウエハを評価することを特徴とするデバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有するウエハの評価を高いスループットでかつ高い信頼性の下で行える電子線装置、並びにそのような電子線装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
差動排気装置と電子線装置とを組み合わせた装置は既に公知である。また、対物レンズの下に差動排気装置を組み込み、大気中にあるウエハに電子線で露光する装置が過去において公表されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
かかる従来技術による、対物レンズの下に差動排気装置を有する装置では、対物レンズの像点距離が長くなり、必然的に対物レンズの球面収差や色収差が大きくなり、カソードにＬａＢ６を使用した電子銃のごときエネルギ幅の大きな電子銃と組み合わせて使用すると、ビームを小さく絞れない問題があった。
また、リターディングをかける電子線装置ではレンズとウエハとの間に差動排気のために設置された部材が割り込むので光学特性が良くないという問題点があった。
【０００４】
本発明が解決しようとする一つの課題は、真空条件の厳しい静電レンズでも差動排気が可能な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他の課題は、減速電界対物レンズのような放電を起こし易いシステムでの差動排気を可能にした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、ＬａＢ６製カソードを使用する電子銃と差動排気との組み合わせを可能にし、その電子銃を空間電荷制限条件で動作させることによるショット雑音低減の利点を最大限に生かす電子線装置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、上記のような電子線装置を用いて半導体デバイスを製造するデバイス製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願の請求項１に記載の発明は、電子銃及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する静電レンズより成る対物レンズを有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッドと、を備えた電子線装置において、前記対物レンズが上電極、中央電極及び下電極を備えていて、前記上電極が円筒形を有し、前記排気ヘッドは、その排気ヘッドの内側部材が、前記円筒形の上電極と同軸の、前記下電極の円筒状部分の外側に配置されるようにして前記対物レンズの外側に配置され、前記対物レンズの検査対象に最も近い前記下電極と前記検査対象との間の間隔が、前記差動排気系の排気コンダクタンスを制限する前記排気ヘッドの前記部材の前記検査対象側の面と前記検査対象の表面との間の距離と同程度或いはそれより小さくした点とを特徴とする。
本願の請求項２に記載の発明は、電子銃及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する対物レンズを有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッドと、前記排気ヘッド及び前記検査対象を収容するようになっていて所望の雰囲気に制御可能な試料室とを備えた電子線装置において、前記排気ヘッドは、その排気ヘッドの内側部材が前記対物レンズの円筒状部分の外側に配置されるようにして前記対物レンズの外側に配置され、前記試料室の圧力を１０−１ｔｏｒｒ以下でかつ電子の通路内の圧力より大きい一定の圧力にち、更に上記電子銃は空間電荷制限領域で動作する点に特徴を有する。
本願の請求項３に記載の発明は、電子銃及び前記電子銃から放出された一次電子線を検査対象に照射する静電レンズより成る対物レンズを有する電子光学系と、前記対物レンズの外側に配置された差動排気系の排気ヘッドと、前記排気ヘッド及び前記検査対象を収容するようになっていて所望の雰囲気に制御可能な試料室とを備えた電子線装置において、前記対物レンズが上電極、中央電極及び下電極を備えていて、前記排気ヘッドは、その排気ヘッドの内側部材が、前記上電極と同軸の、前記下電極の円筒状部分の外側に配置されるようにして前記対物レンズの外側に配置され、前記試料室の圧力を１０−１ｔｏｒｒ以下でかつ電子の通路内の圧力より大きい一定の圧力に保つ点に特徴を有する。
本願の請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３に記載の装置を用いて半導体を製造する半導体製造方法にある。
【実施の形態】
【０００６】
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、検査対象としてウエハを使用した例について説明する。図１において、本発明の一実施形態である電子線装置１の概略構成が示されている。
同図において、電子線装置１は、ＬａＢ６の単結晶体でできたカソード２１、平型のウェーネルト２２及びアノード２３を有する電子銃２と、静電レンズであるコンデンサレンズ３と、コンデンサレンズ３に近接して配置されていて開口４１を画成する開口板４と、縮小レンズ５と、Ｅ×Ｂ分離器６と、静電レンズである対物レンズ７とを備え、それらは図１に示されるような位置関係で配置されている。上記構成要素は、電子線装置１の一次電子光学系を構成している。縮小レンズ５と対物レンズ７との間には光軸Ｘ１と同軸にシールド筒８が設けられている。このシールド筒８は、二次電子光学系の光軸Ｘ２と同軸に設けられた集電電極９から漏れる電場が光軸Ｘ１に沿って進む一次電子線に影響を及ぼさないようにするためのものである。
【０００７】
上記一次及び二次電子光学系において、電子銃２のカソード２１から放出された一次電子線は、アノード２３の開口の位置のクロスオーバーＣから発散してコンデンサレンズ３によって集束され、開口板４の正方形開口４１を照射する。開口で成形されたビームは、縮小レンズ５と対物レンズ７で縮小され、ウエハＷの表面で結像される。ウエハＷの表面から放出された二次電子はウエハに印加された負電圧と対物レンズ７の中央電極に印加された正の高電圧とで形成された加速電界で加速され、対物レンズ７を通過した後Ｅ×Ｂ分離器６により偏向され、二次電子検出器１０で検出される。検出された二次電子は、図示しない判定回路に送られ、その判定回路によりウエハＷの表面上に形成されたパターン等の良否が判別される。
【０００８】
電子線装置１は、更に、Ｅ×Ｂ分離器６と検査対象であるウエハＷとの間において対物レンズ７を囲むようにして、差動排気装置を構成する排気ヘッド１２が配置されている。ウエハは公知の構造及び機能を有するステージ装置１３の載置面上に配置され、公知の方法により開放可能に保持されている。このステージ装置及び排気ヘッド１２は電子線装置１の鏡筒（図示せず）の下部に配置されたハウジングにより外気と隔離されていて公知の方法により所望の雰囲気に制御可能な試料室１４内に配置されている。載置面上のウエハＷの周囲には台１５及び１６が配置固定されている。これらの台１５及び１６の上面の高さは、ウエハの上表面と同一平面になるように決められている。これは、ウエハＷの周辺部の検査を行うときに或いはウエハ交換位置にウエハが移動した時に排気ヘッド１２の一部がウエハの上面から外れてしまうため、ウエハの上面と同じレベルの台を周囲に設けることによって差動排気装置の差動排気機能を担保するためである。したがって、台１５は、図２に示されるようにウエハのほぼ全周に亘って配置され、その半径方向幅（ウエハＷの中心を中心とした半径方向に見た幅）Ｌ１は、ウエハの周辺部を検査する場合に、一次光学系の光軸に関してウエハが最大限変位したときに排気ヘッド１２を介しての差動排気機能が損なわれない値に決められる。それに対して、台１６は外周の一部、図２においてウエハの右側部分のみ配置されていて、その幅ｌ２はウエハの交換時における光軸Ｘ１に関するウエハの移動量によって決定される。
【０００９】
ウエハＷの外周縁と台１５及び１６との縁（ウエハの外周縁に隣接する縁）との間の間隔は、この実施形態では０．３μｍ以下になるようにしたが、試料室１４内の圧力が１０１．３ｋＰａ（１気圧）ではなく、１０−１ｔｏｒｒ以下に排気してあれば、この間隔は０．５ｍｍ程度あっても問題はない。
【００１０】
図３において、図１の対物レンズ７の近傍の拡大図が示されている。同図において、６１はＥ×Ｂ分離器６の静電偏向器であり、６２及び６３は、それぞれ、Ｅ×Ｂ分離器用電磁偏向器のＸコイル及びＹコイルである。また、６４はＥ×Ｂ分離器用のフェライトコアである。対物レンズ７の上電極７１は、レンズ外径を最小にするために、円筒形を採用している。上電極７１はその軸線が一次光学系の光軸Ｘ１と同軸に配置され、一端（図３で上端）にはディスク状部分７１ｂが一体的に接合されている。対物レンズの中央電極７２は上電極７１の先端（図３で下端）に隣接して配置されていてディスク状になっていている。中央電極７２には上電極７１と同軸でその外側に配置された円筒状部分７２ａが一体的に接続され、その円筒状部分７２ａの上端には外側のディスク状部分７２ｂが一体的に接合されている。更に、対物レンズの下電極７３は中央電極７２の下側（図３において）に隣接して配置されていてディスク状になっている。下電極７３には上電極と同軸で中央電極の円筒状部分７２ａの外側に配置された円筒状部分７３ａが一体的に接合され、その円筒状部分７３ａの上端には外側のディスク状部分７３ｂが一体的に接合されている。上電極７１と中央電極７２とは絶縁部材７５により絶縁されかつ所定の間隔に保持されている。中央電極７２と下電極７３とは絶縁部材７６により絶縁されかつ所定の間隔に保持されている。中央電極７２には正の高電圧が印加される。下電極７３には、電位コントラストを測定する場合には、ウエハに印加される電圧よりも更に数１００Ｖ低い電圧が印加され、ウエハからの二次電子が越えられない障壁を形成し、高い電圧パターンから放出された二次電子を試料側に戻し、低い電圧のパターンから放出された二次電子を通過させるフィルターの役割を行わせる。この対物レンズのワーキングディスタンスすなわち検査対象であるウエハＷの上面と下電極７３の下面との間の間隔をＤｗとする。
【００１１】
作動排気装置の排気ヘッド１２は、この実施形態では、それぞれ光軸Ｘ１を回転対称とした、すなわち、光軸Ｘ１を共通の軸線として半径方向に隔てて配置された三つの環状の部材、すなわち、内側部材１２１、中間部材１２２及び外側部材１２３を備えている。対物レンズ７の最外側の円筒状部分７３ａと内側部材１２１との間の隙間１２５は、いずれも図示されていない導管を介してイオンポンプに接続され、そのイオンポンプにより排気されるようになっている。また、内側部材１２１と中間部材１２２との間の隙間１２６は、いずれも図示されていない導管を介してターボ分子ポンプに接続され、そのターボ分子ポンプにより排気されるようになっている。中間部材１２２と外側部材１２３との間の隙間１２７は図示しないメカニカルブースターに接続されている。内側部材、中間部材及び外側部材は、差動排気系すなわち装置の排気コンダクタンスを制限する部材を構成している。
【００１２】
排気ヘッド１２の各部材１２１、１２２、１２３のウエハ側の面とウエハＷの上面との間隔ｄ１、ｄ２及びｄ３は、この実施形態では、すべて上記対物レンズのワーキングディスタンスＤｗと等しくなるようにつくられている。このように、排気ヘッド１２の各部材とウエハとの間隔ｄ１、ｄ２及びｄ３を全て上記対物レンズのワーキングディスタンスＤｗと等しくしたので、対物レンズ７の軸上色収差係数を小さくすることが可能になり、ＬａＢ６製のカソード等の熱電子を使う電子銃のごときエネルギー幅の比較的大きな電子銃を用いても、比較的大きいビーム電流が得られる。更に、電子銃を空間電荷制限条件で使用することにより、ショット雑音を１３％程度に小さくできるので、熱電界効果電子銃を使った場合よりはるかに高速で走査しても同程度のＳ／Ｎ比の信号を得ることができる。
なお、上記実施形態では、上記対物レンズのワーキングディスタンスＤｗを間隔ｄ１、ｄ２及びｄ３と全て等しくしたが、それより小さくしてもよい。
【００１３】
次に図４及び図５を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実施例を説明する。
図４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、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。
【００１４】
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。
（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）この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
（Ｃ）薄膜層やウエ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）更に、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。
【００１５】
図５は、図４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。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エハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程
（ｂ）レジストを露光する露光工程
（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
（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
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、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（Ｇ）の検査工程又は上記（ｃ）の露光工程に、本発明に係る欠陥検査装置及び欠陥検査方法、露光装置及び露光方法を用いると、微細なパターンを高精度で安定して検査又は露光ができるので、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。
〔発明の効果〕
【００１６】
本発明によれば、次のような効果を奏することが可能である。
（イ）磁気レンズよりも真空条件が厳しい静電レンズでも差動排気が可能な電子線装置を提供できる。
（ロ）減速電界対物レンズのような放電を起こし易いシステムでの差動排気を可能にした電子線装置を提供できる。
（ハ）対物レンズの外側に差動排気装置用の排気ヘッドを配置したので、対物レンズの作動距離を短くでき、軸上色収差係数を小さくでき、電子銃のカソードにＬａＢ６を使用しても比較的大きなビーム電流が得られ、空間電荷制限条件の低いショット雑音の効果を利用すると高いＳ／Ｎ比の信号が得られる。
（ニ）試料が配置される室を大気圧より低い圧力にするので、差動排気に負荷がかからない。
（ホ）デバイスの歩留まりを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の電子線装置の一実施形態の概略構成を示す図である。
【図２】図１の電子線装置のウエハの載置面の上平面図である。
【図３】図１の電子線装置の対物レンズの周辺の一部の拡大断面図である。
【図４】デバイス製造工程を示すフローチャートである。
【図５】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】
【００１８】
１  電子線装置                      ２  電子銃
３  コンデンサレンズ                ４  開口板
５  縮小レンズ                      ６  Ｅ×Ｂ分離器
７  対物レンズ                      １０  二次電子検出器
１２  排気ヘッド                    １４  試料室    
【図１】
2006054192.tif 000003
【図２】
2006054192.tif 000004
【図３】
2006054192.tif 000005
【図４】
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【図５】
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