(57)【要約】      （修正有）【課題】電子ビームの数を増加しても二次電子間のクロストークが生じないような二次光学系を備えた電子線装置を提供する。【解決手段】複数の電子ビームで試料上の複数の箇所を走査する一次光学系１０と、電子ビームの走査により試料Ｓから放出された二次電子を複数の二次電子に集束して、各々の検出器３１に導入する二次光学系２０と、導入された複数の二次電子をそれぞれ検出する検出系３０とを備えている。複数の二次電子は、対物レンズ１７及びＥ×Ｂ分離器１６を通過した後、複数の開口を有するマルチ開口板２３で二次電子間の間隔が拡げられて、検出系３０の各検出器３１にそれぞれ入射し光信号に変換される。その後、ＰＭＴ３３で電気信号に変換され、画像形成装置３５で画像処理される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電子ビームにより試料上の複数の箇所を走査する一次光学系と、前記電子ビームの走査により試料から放出された二次電子を複数の二次電子検出器に導入する二次光学系と、前記導入された複数の二次電子を検出する検出系とを備えた電子線装置であって、
前記複数の二次電子を対物レンズを通過させた後、開口板で二次電子間の間隔を拡げ、前記各検出器に入射させるようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子線装置において、前記開口板には負の電圧が印加されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の電子線装置において、前記対物レンズと前記開口板の間に、二次電子の間隔を拡げる拡大レンズを更に設けた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の何れかに記載の電子線装置において、前記複数の電子ビームは、熱電子放出カソードから放出される電子で形成されることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の電子線装置を用いてプロセス途中のウエハの評価を行うことを特徴とするデバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、最小線幅が０．１μｍ以下のパターンを有するウェハ及びマスク等の試料の評価を、高スループット、高信頼性で行う電子線装置に関し、更に、そのような電子線装置を用いたデバイスの製造方法に関する。
【０００２】
【従来技術】
一本の鏡筒で、複数の一次電子線を集束して試料上の複数の箇所を走査するマルチビーム方式の電子線装置は、例えば下記の特許文献にも記載されているように既に知られている。このような装置では、複数の電子ビームにより試料上の複数の箇所を走査する一次光学系と、前記電子ビームの走査により試料から放出された複数の二次電子を各々の検出器に導入する二次光学系とを備え、試料から放出された二次電子をＥ×Ｂ分離器で電子ビームと分離し、縮小レンズで集束した後、偏向器を使用して二次電子をそれぞれ対応するマルチ検出器に入射させるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特願２０００−１９２９１８（第２頁ー４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなマルチビーム方式の電子線装置では、像面湾曲収差を解消することや、複数の電子線間のクロストークを防止することが必要であるが、一次電子ビームについては、円周上に複数の電子ビームを配列することにより像面湾曲収差を解消し、一本の鏡筒でできるだけ多くの電子ビームを発生させることが可能である。
しかしながら、二次電子の検出については、電子ビームの数を増加すると、二次電子の間のクロストークが生じること、及び二次光学系の構造が複雑になり、更に寸法が大きくなるという問題点があった。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みなされたものであって、本発明が解決しようとする一つの課題は、電子ビームの数を増加しても二次電子間のクロストークが生じないような二次光学系を備え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、電子ビームの数を増加しても二次光学系の構造が複雑にならないよう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別の課題は、電子ビームの数を増加しても二次光学系の寸法が大きくならないよう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途中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。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本願の発明は、複数の電子ビームにより試料上の複数の箇所を走査する一次光学系と、前記電子ビームの走査により試料から放出された二次電子を複数の二次電子検出器に導入する二次光学系と、前記導入された複数の二次電子を検出する検出系とを備えた電子線装置であって、前記複数の二次電子を対物レンズを通過させた後、開口板で二次電子間の間隔を拡げ、前記各検出器に入射させるように構成されている。
【０００７】
本願発明の一つの形態として、前記開口板には負の電圧が印加されている。
本願発明の別の形態として、前記対物レンズと前記開口板の間に、二次電子の間隔を拡げる拡大レンズを更に設けて構成されている。
本願発明の更に別の形態として、前記複数の一次電子線は、熱電子放出カソードから放出される電子で形成されている。
本願の別の発明は、電子線装置を用いてプロセス途中のウエハの評価を行うデバイスの製造方法を提供する。
【０００８】
【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一つの実施の形態について説明する。
図１ａは本実施の形態による電子線装置１を模式的に示した図であり、図１ｂは、図１ａのＤ−Ｄ線で切断した、後述するマルチ開口板の断面図である。図１ａにおいて、この電子線装置１は、一次光学系１０と、二次光学系２０と、検出系３０とを備えている。一次光学系１０は、電子線を試料Ｓの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃１１と、電子銃１１から放出された一次電子線Ｃを集束するコンデンサレンズ１２と、コンデンサレンズ１２の下方に配置されていて一次電子線を集束するコンデンサレンズ１３と、コンデンサレンズ１３の下方に配置されかつ複数（本実施形態では１６個）の開口１４１ー１４１６が形成されていて一次電子線を複数の電子ビームすなわちマルチビームに形成するマルチ開口板１４と、電子ビームを縮小する縮小レンズ１５と、Ｅ×Ｂ分離器１６と、対物レンズ１７と、を備え、それらは、図１に示されるように電子銃１１を最上部にして順に、しかも一次光学系の光軸Ａが試料Ｓの表面（試料面）に鉛直になるように配置されている。
電子銃１１はカソード１１１，ウェネルト１１２及びアノード１１３から成り、カソード１１１は、単結晶ＬａＢ６に、一次光学系の光軸Ａを中心とする円周上に尾根状の山が加工されており、ウェーネルト１１２には上記カソードの円周上の尾根に直交する１６本のスリットが形成されている。従って、円周上に１６本の一次電子線が発生する。また、カソード１１１は空間電荷制限条件で動作されるため、ショット雑音を大幅に低減することができる。
【０００９】
二次光学系２０は、Ｅ×Ｂ分離器１６により一次光学系１０から分離された二次電子を通す拡大レンズ２１と、軸合わせ用の４極偏向器２２と、マルチ開口板２３を備えている。拡大レンズ２１は一次光学系と干渉しないように先端部が細くされた形状となっている。マルチ開口板２３に形成される開口２３１ー２３１６は、一次光学系のマルチ開口板１４に形成されている開口１４１ー１４１６と一対一で対応するようになっている。マルチ開口板２３は二次光学系の光軸Ｂを囲繞する板２３ａと、周辺の板２３ｂと、それら両者を接続する細い接続部２３ｃとから構成される（図１ｂ）。
【００１０】
検出系３０は、二次光学系２０のマルチ開口板２３の各開口２３１に対応して配列された二次電子検出器としてのシンチレータ板３１と、シンチレータ板の背面に配置されたライトガイド３２と、ＰＭＴ３３と、増幅器３４と、画像形成装置３５とを備えている。
【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のアノード１１３を通過した一次電子線は、光軸Ａにほぼ平行な１６本の電子線Ｃとなり一次光学系１０のコンデンサレンズ１２によって集束されかつ電子線の間隔が調整される。間隔が調整された一次電子線Ｃは、縮小レンズ１３によって集束され、マルチ開口板１４の複数の開口１４１を通して複数の電子ビームに成形される。マルチ開口板１４を通過した電子ビームは、それらの主光線が同時に光軸Ａと点Ｐ１において交差した後、縮小レンズ１５と対物レンズ１７で縮小され、試料Ｓの表面上に結像される。
【００１２】
複数の電子ビームによって試料Ｓを走査することにより、試料Ｓは複数の点が照射され、照射されたこれらの複数の点からは二次電子群が放出される。これらの二次電子群は、対物レンズ１７に印加された高電圧で加速されかつ相互に細く集束されて二次電子を形成する。これらの二次電子はＥ×Ｂ分離器１６で偏向されることにより一次光学系から分離され、二次光学系２０に投入されて二次光学系の光軸Ｂに沿って拡大レンズ２１に入射する。二次電子の拡大レンズ２１への軸合わせは、Ｅ×Ｂ分離器１６の電界及び磁界を、電子ビームが曲げられない条件を保持しつつ微調整を行うことにより可能である。これは計算機制御により容易に行うことができる。
【００１３】
拡大レンズを通過した二次電子は、４極の偏向器２２でマルチ開口板２３への軸合わせがなされる。マルチ開口板２３には、─４０１０Ｖの負の電圧が印加されている。この電圧印加により、軸合わせされた二次電子はマルチ開口板２３の開口２３１を透過する。マルチ開口板２３を透過したそれぞれの二次電子は、上記負の電圧により、Ｒ方向（すなわち、マルチ開口板の一つの開口において、二次光学系の光軸Ｂを中心として半径方向外方）に大きく偏向される。例えば、図１ｂにおいて、マルチ開口板の開口２３１を通過した二次電子は光軸Ｂに対して半径方向Ｒ１に、マルチ開口板の開口２３２を通過した二次電子は光軸Ｂに対して半径方向Ｒ２に、という具合に、それぞれ大きく偏向され、曲線状の軌跡（図１ａの破線、及び図２の符号Ｅで表された実線部）を描きながらそれぞれの検出器に入射する。従って、各々の二次電子は、相互に間隔が大きく隔てられるため、従来のマルチビーム方式の電子線装置のような二次電子間のクロストークが解消される。
【００１４】
マルチ開口板２３で偏向された二次電子は、検出器として作用するシンチレータ板３１に入射し、光信号に変換されて、ライトガイド３２を介してＰＭＴ３３に導入される。ＰＭＴ３３において光信号から電気信号に変換され、増幅器３４で増幅されて、画像形成装置３５により２次元画像が形成される。
【００１５】
図２及び図３は、マルチ開口板２３により二次電子が曲げられる状態をシュミレーションした結果を示している。図２は、二次電子が半径方向外方に偏向される状態を示し、縦軸は二次光学系の光軸Ｂ方向を、横軸は半径方向を表す。シンチレータ板３１の位置において、収差のため半径方向に１ｍｍ程度拡がっていることがわかる。
二次電子はマルチ開口板２３を通過する際にθ方向（図１ｂ）に変位するものもあり、図３は、Ｘ軸方向に±８０μｍの位置から±２０°、±４０°、±６０°、±８０°ほどＹ軸方向に傾斜した方向に放出された二次電子の、θ方向における軌道を示している。縦軸は二次光学系の光軸Ｂ方向を、横軸はθ方向を表す。本図において、二次電子はシンチレータ板３１上でθ方向に僅か±０．３５ｍｍ程度にしか拡がっていないことがわかる。
これらの結果は、二次電子はＲ方向には１ｍｍ程度拡がっているが、θ方向には±０．３５ｍｍ程度にしか拡がっていないことを意味する。従って、二次電子は円周上に配置されているので、Ｙ方向にはかなり密に配置しても十分分離することができることを意味している。
【００１６】
次に図４及び図５を参照して、本発明による電子線装置を使用した、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。
【００１７】
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。
（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
（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。
【００１８】
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。
（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、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、全数検査も可能となり、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。
【００１９】
【発明の効果】
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。
（１）二次光学系のマルチ開口板で二次電子相互の間隔を大きく拡げるので、二次光学系の長さを短くしても１００％近い検出効率で二次電子を検出することができ、クロストークも無くすことができる。
（２）二次電子の像はＲ方向には拡がるが、θ方向には殆ど拡がらないため、多数の二次電子をクロストークなしに検出できる。
（３）拡大レンズへの軸合わせはＥ×Ｂ分離器を微調整することにより行い、マルチ開口板への軸合わせは４極の偏向器で行うことができ、容易に二次電子を調整することができる。
（４）マルチ開口板は二次光学系の光軸上の板と、周辺の板との両者を接続する細い接続部から構成されているため、二次電子をθ方向に間隔の大きい位置へ配置すればよい。従って、θ方向に多少のずれが生じても検出には支障がない。
（５）電子銃のカソードを空間電荷制限条件で動作させるため、一本の電子ビーム当たりの電流が小さい場合でも、１００ＭＨｚ以上で走査することができる。
（６）カソードに円周状に形成された尾根状の山と、それに直角なウェネルトのスリットとの交点から一次電子線を放出するため、多数の一次電子線を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１ａは本発明による電子線装置の一つの実施形態の模式図である。図１ｂは図１ａのＤ−Ｄ線に沿って切断したマルチ開口板の断面図である。
【図２】試料面から二次電子検出系までの二次電子の軌道をシュミレーションした図である。
【図３】二次電子がθ方向に拡がる様子をシュミレーションした図である。
【図４】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。
【図５】図２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。
【符号の説明】
１：  電子線装置
１０：  一次光学系                  １１：  電子銃
１２、１３：  コンデンサレンズ
１４：  マルチ開口板                １５：  縮小レンズ
１６：  Ｅ×Ｂ分離器                １７：  対物レンズ
２０：  二次光学系                  ２１：  拡大レンズ
２２：  ４極偏向器                  ２３：  マルチ開口板
３０：  検出系                      ３１：  シンチレータ板
３２：  ライトガイド                ３３：  ＰＭＴ
３４：  増幅器                      ３５：  画像形成装置
【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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