(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料からの二次電子を検出して試料の評価を行う電子線装置であって、
熱電子放出カソードを有し、前記熱電子放出カソードの温度を高めて空間電荷制限領域にて１次電子ビームを照射する電子銃と、
前記電子銃から放出される一次電子ビームをレンズ系で細く成形し、当該成形された一次電子ビームを試料に照射し且つ前記一次電子ビームで試料面上を走査する照射系と、
前記試料から放出された二次電子を検出する検出系と、
前記試料の欠陥を検査するために、前記検出系で検出された二次電子を画像処理する画像形成装置とを有し、
前記電子銃が、前記カソードより下流側に前記カソードよりも電位が低い電子障壁を形成させて一次電子ビームを照射し、
前記電子銃には、該電子銃の上流側に設けられた絶縁物の帯電を防ぐためのシールドが設けられている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、
前記アノードは、前記カソードから放出される一次電子ビームの通過を許容するアノード穴を有しており、
前記アノード穴の径は、そこでの一次電子ビーム径の４倍以上の寸法を有していることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記アノードは、前記カソードから放出される一次電子ビームの通過を許容するアノード穴を有しており、
前記アノード穴の径は、前記一次電子ビームの影響により前記アノードに流れる電子銃電流が０となるように寸法決めされていることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記電子銃の下流にはＮＡ開口が設けられ、該電子銃と該ＮＡ開口との間に、ＮＡ開口から後方散乱されたビームを曲げるレンズを設けた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１項に記載の電子線装置を使用してプロセス途中のウェ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】
本願発明は、表面が絶縁膜付きの試料を帯電（ｃｈａｒｇｅ ｕｐ）させることなく、あるいは、帯電の影響が少い状態でその試料を評価する電子線装置に関する。またそのような電子線装置を用いてプロセス途中のウェーハの評価を行うデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の技術分野において、ＦＥ（フィールドエミッション）電子銃あるいはショットキーカソード電子銃を用いた電子線装置では、欠陥検査を正確に行うために、１ピクセル当りの二次電子の検出数は４０５０個以上必要である。そのため、大きな値の一次電子ビームを試料面に照射する必要があった。しかしながら、大きな値の一次電子ビームを用いた場合、試料表面にＳiＯ2や窒化シリコン等の絶縁膜が付いた試料の欠陥を検査する際、その絶縁膜が帯電してしまい、忠実な二次電子画像を得ることができなかった。そこで、従来技術においては、フラッドガン等で電子シャワーを試料表面に与えて帯電状態を解消してから試料の欠陥を評価していた。
【０００３】
さらに、試料台と電子光学系の相対位置を測定するのにレーザー干渉計がもっぱら使われていた。そのため、ウェーハ等の試料を評価する前にレジストレーションとかアライメント操作を行いその後評価に移るプロセスが取られていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来から言われているように、１ピクセル当りの二次電子検出数が４０５０個以上必要な場合、一次ビーム電流値を大きくし、しかもピクセル時間（１ピクセル当たりに一次電子線を照射する時間）を長くする必要があったので、評価に長時間を要するという問題があった。
【０００５】
さらに、電子シャワーを必要とする装置では構造が複雑になると共に、実際の効果はあまり思わしくないという問題があった。
また、レーザ干渉計は非常に高価であり、取り付け、調整に長時間を要する問題があった。さらに、レーザ干渉計を用いた場合、レジストレーションやアライメントに長時間を要し、試料表面の狭い面積のみ評価する場合、レジストレーションやアライメントに要する時間が、評価時間を上回るという問題もあった。
【０００６】
本願発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、ショット雑音の低減を図ることにより、試料面に照射する一次電子ビームの電流値が小さくても、１ピクセル当たりの二次電子検出数を必要個数（４０５０Γ2（Γ2＜１））以上確保できるようにすることにより、ピクセル時間を短くし、試料の評価を短時間で行うことができる電子線装置を提供することを目的とする。
【０００７】
また、試料面に照射する一次電子ビームのドーズ（電流値×照射時間）が小さくて済むことから、試料面上の絶縁膜に電子が帯電する可能性が低くなり、これによって、電子シャワーの必要性がなくなる装置を提供することを目的とする。
【０００８】
さらに、安価で取り付け・調整が容易なステージ位置測定器を選び、非常に簡単な測定のみで評価を開始できる装置を提供する事を目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
このため、本願発明では、試料からの二次電子を検出して試料の評価を行う電子線装置であって、
熱電子放出カソードと、当該熱電子放出カソードの周囲に配置されたウェーネルトと、熱電子放出カソードの下流側に配置されたアノードとを有する電子銃と、
前記電子銃から放出される一次電子ビームをレンズ系で細く成形し、当該成形された一次電子ビームを試料に照射し且つ前記一次電子ビームで試料面上を走査する照射系と、
前記試料から放出された二次電子を検出する検出系と、
前記試料の欠陥を検査するために、前記検出系で検出された二次電子を画像処理する画像形成装置と、
前記アノードをアースから絶縁する絶縁体と、
前記アノードに、変化する電圧を与える電圧供給装置とを備え、
前記電圧供給装置により前記アノードに与える電圧を変化させたときの、前記画像形成装置からの出力に基づいて、前記カソード及びウェーネルトと前記アノードとの間の軸合せを評価するようにした電子線装置を提供するものである。
【００１０】
前記電子線装置において、
さらに、前記ウェーネルト、前記アノード、あるいは前記カソードとウェーネルトの組のいずれかを、電子線装置の光軸と直交する方向に微調整可能である調整装置を備えることができる。
【００１１】
前記アノードは、前記カソードから放出される一次電子ビームの通過を許容するアノード穴を有しており、
前記アノード穴の径は、そこでの一次電子ビーム径の４倍以上の寸法を有していることが好ましい。あるいは、アノード穴の径は、前記アノードに流れる電子銃電流がほとんど０となるように寸法決めされていることが好ましい。
【００１２】
又、本願発明は、電子銃の動作条件を空間電荷制限条件とし、試料に流れる試料電流をＩbとしたとき、試料電流が持つショット雑音電流
【００１３】
0003980404.tif 000002
【００１４】
が
【００１５】
0003980404.tif 000003
【００１６】
但し、ｅ＝１．６×１０-19ｃ
Γ<１、
Δｆ＝ショット雑音を測定する周波数帯域
で表される電子線装置を提供するものである。
【００１７】
また、本願発明は、電子銃から放出された一次電子ビームをレンズ系で細く絞って細く絞られた一次電子ビームを形成し、該細く絞られた一次電子ビームで前記試料面上を走査し、前記試料から放出される二次電子を検出して試料面を評価する電子線装置において、
前記試料を支持する試料台に設けられたマグネスケールあるいはレーザースケールと、
前記マグネスケールあるいはレーザースケールからの信号に基づいて、前記一次電子線で走査されている試料の位置を算出する制御装置とを備えている電子線装置を提供するものである。
【００１８】
また、本願発明は、電子銃から放出された一次電子ビームをレンズ系で細く絞って細く絞られた一次電子ビームを形成し、該細く絞られた一次電子ビームで前記試料面上を走査し、前記試料から放出される二次電子を検出して試料面を評価する電子線装置において、
前記試料を支持する試料台の周囲に配置された少なくとも３つの静電容量センサーと、
前記静電容量センサーからの出力値に基づいて、前記試料の中心位置の基準値からのずれ値と前記試料の回転姿勢の基準値からのずれ値とを算出する制御部と、
前記試料の中心位置と回転姿勢が較正されるように、前記制御部からのずれ値に基づいて前記試料台を移動させる移動装置とを備えている電子線装置を提供するものである。前記試料の回転姿勢の基準値からのずれ値は、前記試料の周辺部に形成された切欠きを、少なくとも１つの静電容量センサーにより検出することができる。前記電子線装置において、さらに、試料から放出された二次電子を検出する検出系と、検出系で検出された前記試料の任意の位置の１つのダイのパターンと、他のダイのパターンとの座標位置のずれを整合させる整合ソフトウェア又は装置と、整合ソフトウェア又は装置により整合された１つのダイのパターンと他のダイのパターンとを比較することにより、試料の欠陥を検査する検査装置とを備えることができる。
【００１９】
また、本願発明は、前記電子線装置を使用してプロセス途中のウェハの評価を行うデバイス製造方法を提供するものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本願発明の一実施態様を添付図面を参照して説明する。
図１に示された、本願発明の一実施態様に係る電子線装置は、電子銃１０からの一次電子ビーム１２を照射系１４を通して試料１６に照射し、試料１６からの二次電子１８を検出系２０で検出して試料１６の評価を行うものである。
【００２１】
なお、図１において、紙面は、ｘ軸とｚ軸とから構成される面と平行になっており、ｙ軸は紙面と垂直になっている。
電子線装置は、一次電子ビーム１２を放出する電子銃１０を備えている。電子銃１０は、電子放出材としてのカソードを加熱することにより電子を放出する熱電子源タイプとなっており、空間電荷制限条件（カソードの温度をある一定以上に高めて、電子線の放出量がカソードの温度にほとんど影響されない条件）で動作させることが好ましい。
【００２２】
電子銃１０は、熱電子放出型のカソード２２と、当該カソード２２の周囲に配置されたウェーネルト２４と、カソード２２の下流側に配置されたアノード２６とを備えている。カソード２２の両側には、カソード２２を加熱するための一対のヒータ２８が配置されている。カソード２２及びヒータ２８に通電を許容し且つカソード２２及びヒータ２８を支持するための一対の柱状の電極３０が、ウェーネルト２４内に設けられた絶縁スペーサ３２に取り付けられている。
【００２３】
カソード２２は、そのコーン角度が９０°となっており、先端の曲率半径が３０μｍＲとなっている。カソード２２は、ランタンヘキサボライド（ＬａＢ6）単結晶から構成されている。
【００２４】
電子銃１０には、環状の形状をした複数のシールド３４が設けられている。このようなシールドが設けられないと、電子銃のアノード２６より上流側に配置された絶縁物（例えば、絶縁スペーサ３２や後述する碍子３６）が帯電されて雑音源となり、本来のショット雑音よりはるかに大きい雑音が発生する恐れがあるからである。
【００２５】
ウェーネルト２４は、ウェーネルト２４の周囲に取り付けられた碍子３６を介して、電子銃室側壁３８から電子銃室内に延びた支持部分４０に取り付けられている。電子銃室側壁３８には、対向する位置に一対のねじ４２、４４が螺合されている。ねじ４２、４４は、それぞれの先端４２ａ、４４ａが電子銃室内に突出しており、先端４２ａ、４４ａでウェーネルト２４を挟持している。また、ねじ４２、４４により、アノード２６に対するカソード２２の傾きを微調整できるようになっている。例えば、ねじ４２の突出量を減らし、ねじ４４の突出量を増やすことにより、ウェーネルトの上流端２４ａを図１中右側に移動させ、ウェーネルトの下流端２４ｂを図１中左側に移動させることができる。このように、ねじ４２、４４でカソード２２の傾きを微調整することにより、カソード２２から放出される一次電子ビームを基準中心軸線（換言すれば、光軸）に整合させることができる。
【００２６】
アノード２６は、カソード２２から放出される一次電子ビーム１２の通過を許容するアノード穴２７を有しており、絶縁体４６を介して電子銃室底壁４８に取り付けられている。これによって、アノード２６は、アースされている電子銃室底壁４８から絶縁される構成となっている。アノード２６は、絶縁体４６を通る導線５０を介して、アノード２６に所望の電圧を付与する電圧源５２に接続されている。さらに、この導線５０は、ウォブラー信号を供給するウォブラー信号供給装置５４が接続されている。このようにして、電圧源５２とウォブラー信号供給装置５４とから、アノード２６に変化する電圧を与える電圧供給装置５６が構成され、アノード２６に周期的に変化する電圧を加えることができるようになっている。そして、電圧供給装置５６によりアノード２６に与える電圧を周期的に変化させたときの、後述する画像形成装置８６からの出力に基づいて、カソード及びウェーネルトとアノードとの間の軸合せを評価し、この軸合わせが好ましくない場合、上述したねじ４２、４４を用いることによってこの軸合わせを行うことができるようになっている。
【００２７】
本実施形態においては、電子銃１０は、空間電荷制限条件すなわち空間電荷制限領域（カソードの温度をある一定以上に高めて、電子線の放出量がカソード温度に影響されない条件ないし領域）で使用されている。したがって、カソード２２の近傍では、当該カソード２２より０．数ミリメートル下流側に、バーチャルカソード（カソード２２より電位が低い電子障壁のことで、あたかも、この部位から一次電子が放出されているように見えることからバーチャルカソードと呼ばれている）が形成されている。ショット雑音を低減するには、このようなバーチャルカソードが形成されている必要がある。
【００２８】
絶縁スペーサ３２や硝子３６の表面が帯電すると、バーチャルカソードに悪影響を与えてショット雑音を低減することができない。上述したように、シールド３４を設けたので、絶縁スペーサ３２や硝子３６の表面での帯電が防止され、バーチャルカソードに悪影響を与えることもない。
【００２９】
電子線装置は、また、電子銃１０から放出される一次電子ビーム１２をレンズ系で細く成形し、当該成形された一次電子ビーム１２を試料１６に照射し且つ一次電子ビーム１２で試料面上を走査する照射系１４を備えている。
【００３０】
照射系１４は、一次電子ビーム１２を集束させるためのコンデンサレンズ５８と、コンデンサレンズ５８に対して一次電子ビーム１２の軸合わせを行う軸合わせ偏向器６０と、コンデンサレンズ５８の下流側に配置されたＮＡ開口６２と、ＮＡ開口６２に対して一次電子ビーム１２の軸合わせを行う軸合わせ偏向器６４と、ＮＡ開口６２の下流側に配置されたコンデンサレンズ６６と、コンデンサレンズ６６に対して一次電子ビーム１２の軸合わせを行う軸合わせ偏向器６８と、軸合わせ偏向器６８の下流側に配置された静電偏向器７０と、静電偏向器７０の下流側に配置されたＥ×Ｂ分離器７２と、Ｅ×Ｂ分離器７２の下流側に配置され一次電子ビーム１２を試料１６上で結像させるための対物レンズ７４とを備えている。Ｅ×Ｂ分離器７２は、内周側に配置された静電偏向器７６と外周側に配置された電磁偏向器７８とから構成されている。
【００３１】
試料１６から放出された二次電子１８を検出する検出系２０は、二次電子を増倍させるためのＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）８０と、増倍された二次電子を吸収して電気信号に変換するためのアノード８２と、このアナログの電気信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器８４とを備えている。
【００３２】
検出系２０は、さらに、試料の欠陥を検査するために、検出系で検出された二次電子を画像処理する画像形成装置を備えている。画像形成装置としての画像形成回路８６は、Ａ／Ｄ変換器８４に接続されていると共に、静電偏向器７０及び７６に走査信号を供給する走査電源８８に接続されている。走査電源８８からの走査信号が画像形成回路８６に供給されることによって、画像形成回路８６で二次元図形の画像データが形成される。画像形成回路８６には後述するＣＲＴモニーター２２５が接続されており、ＣＲＴモニーター２２５は、二次電子の信号により形成された二次元図形の画像を表示することができるようになっている。また、走査電源８８からの走査信号は、上述したように、静電偏向器７０、７６に供給されており、走査信号のタイミングに合わせて、静電偏向器７０、７６は一次電子ビームや二次電子を偏向させている。
【００３３】
検出系２０は、さらに、画像形成回路８６とデータ通信可能に接続された制御装置２２０を備えている。制御装置２２０は、図１に示されたように、一例として汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って各種制御、演算処理を実行する制御部２２１と、前記所定のプログラムなどを記憶している記憶装置２２２と、処理結果や二次電子画像２２７等を表示するＣＲＴモニーター２２５と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部２２８とを備えている。勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御装置２２０を構成してもよい。
【００３４】
制御装置２２０の制御部２２１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成されている。制御部２２１には、記憶装置２２２が接続されている。記憶装置２２２は、例えば、ハードディスクから構成することができる。記憶装置２２２上には、画像形成回路８６から受信した試料１６の二次電子画像データを記憶するための二次電子画像記憶領域２２４が割り当てられている。もっとも、予め欠陥の存在しない試料の基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部２２３を割り当てるようにしてもよい。更に、記憶装置２２２上には、電子線装置全体を制御する制御プログラム、試料の評価プログラム、ウェーハの位置や姿勢（回転状態）に関して、基準値との間にずれが生じている場合に、当該ずれを較正ないしは修正するための制御プログラム２２９が格納されている。このウェーハのずれを較正する制御方法に関しては詳細を後述するが、当該較正は試料の評価を行う前あるいは評価を行いながら実行され、これによって、ウェーハの初期設定がなされる。
【００３５】
本実施形態においては、試料としてウェーハ１６が用いられている。ウェーハ１６は、試料台１００によって支持されている。試料台１００は、ウェーハ１６を平坦に固定する静電チャック１０２と、ウェーハ１６を回転させるθステージ２３０と、ウェーハ１６をｘ方向に移動させるためのｘ方向ステージ１０４と、ウェーハ１６をｙ方向に移動させるためのｙ方向ステージ１０６とを備えている。静電チャック１０２は、ｘ方向ステージ１０４に対してウェーハ１６と一緒に回転できるようになっているθステージ２３０に載せられている。ｘ方向ステージ１０４は、ウェーハ１６、静電チャック１０２及びθステージ２３０と一緒に、ｙ方向ステージ１０６に対してｘ方向に移動することができるようになっている。ｙ方向ステージ１０６は、固定されたベース１０８に対して、ウェーハ１６、静電チャック１０２、θステージ２３０及びｘ方向ステージ１０４と一緒にｙ方向に移動することができるようになっている。
【００３６】
ｘ方向ステージ１０４の周面には、ｘ方向用のマグネスケール１１０が形成されている。このマグネスケール用のセンサー１１２が、ｙ方向ステージ１０６から上方に向けて垂直に突出して設けられている。マグネスケール用のセンサー１１２は、ｘ方向ステージ１０４の周面に形成されたマグネスケール１１０から所定の間隔をあけて配置されている。ｘ方向ステージ１０４が移動したとき、マグネスケール用のセンサー１１２は、当該センサーを通過したマグネスケール１１０の数をカウントし、ｘ方向ステージの位置を測定することができるようになっている。１１４は、ｙ方向ステージ１０４の周面に形成されたｙ方向用のマグネスケールを示している。１１６は、ベース１０８から上方に向けて垂直に突出して設けられたマグネスケール用のセンサーである。マグネスケール用のセンサー１１６は、ｙ方向ステージ１０６の周面に形成されたマグネスケール１１４から所定の間隔をあけて配置されている。ｙ方向ステージ１０６が移動したとき、マグネスケール用のセンサー１１６は、当該センサーを通過したマグネスケール１１４の数をカウントし、ｙ方向ステージの位置を測定することができるようになっている。これらのマグネスケールの代りにレザースケールを用いてもよい。
【００３７】
以上のように本実施形態によれば、レーザ干渉計に代えて、マグネスケール及びマグネスケール用のセンサーを用いるようにしたので、より安価な評価装置を構成することができる。
【００３８】
なお、ウェーハ１６の周辺には後述する静電容量式位置センサが配置されているが、図１では省略されている。図１の参照符号２５は、一次ビームの主光線の軌道を示している。
【００３９】
次ぎに、電子線装置の全体的な作動を以下に説明する。
電子銃１０から放出された一次電子ビームは、コンデンサレンズ５８、６６と対物レンズ７４とでカソード１の後方に形成された虚のクロスオーバを３段階に縮小し、ウェーハ１６に合焦させる。
【００４０】
一次電子ビームは、図１に示されるように−ｙ方向に少しオフセットされた位置で、ウェーハ１６に合焦される。そして、静電偏向器７０、７６によりｘ方向に平行な細長い視野を上記オフセットされた一次電子線で走査する。このように−ｙ方向にオフセットした位置でウェーハ１６に合焦させるようにしたのは、後述のように二次電子線がＭＣＰ１８に案内されるのを容易にするためにである。
【００４１】
ウェーハ１６から放出された二次電子は、ウェーハ１６に−４ｋＶが印加されていることと、対物レンズ７４の中央電極に正の高電圧が印加されていることから、対物レンズ７４の方向に加速、集束され、細いビームとなる（なお、対物レンズ７４は、上部電極と中央電極と下部電極から構成されているが、図１ではこれらの電極の詳細を省略して表している）。そして、一次電子線がオフセットされているため、二次電子は、光軸から−ｙ方向に離れた位置で対物レンズ７４に入射し、対物レンズ７４で曲げられ、さらに電磁偏向器７８で曲げられ、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）１８に案内される。
【００４２】
ＭＣＰ１８に入射した二次電子は、ＭＣＰ１８で増倍され、検出器（例えば、アノードなどから構成する）８２に出力される。検出器８２は、受け取った二次電子をその強度を表す電流信号に変換し、その電流信号は、抵抗（例えば、５０(の抵抗）９０で電圧信号に変換され、図示しない増幅器で増幅され後、Ａ／Ｄ変換器８４でデジタル信号に変えられ、画像形成回路８６に入力される。画像形成回路８６は、走査電源８８からの走査信号を入力しており、この走査信号と前記デジタル信号に基づいて、ウェーハ１６の被走査面を表す二次元図形の画像を形成する。この二次元図形の画像は、ＣＲＴモニーター２２５により表示される。このようにして、ウェーハ１６の被走査面を表す二次元図形の画像を用いて、ダイ対ダイあるいはセル対セルの比較によって欠陥検査を行う。
【００４３】
次ぎに、カソード２２とウェーネルト２４を、電子線装置の光軸と直交する方向に微調整する方法について説明する。この微調整は、装置立上げ時に１回行いその後は１年間に１回程度行えばよい。
【００４４】
まず、軸合せ偏向器６４により一次電子ビーム１２でＮＡ開口６２を走査し、ＮＡ開口６２を通過した電子線１２をウェーハ１６に入射させ、ＭＣＰ８２、アノード８２、Ａ／Ｄ変換器８４及び画像形成回路８６を通して二次電子から形成された信号（すなわち、二次電子信号）をＣＲＴモニーター２２５に入力し、これによりＮＡ開口６２の像をＣＲＴモニーター２２５に表示させる。次ぎに、ウォブラー信号供給装置５４を作動させて導線５０にウォブラー信号を供給する。導線５０にウォブラ−信号が入力されると、電圧源５２から導線５０を介してアノード２６に付与されているアノード電圧にウォブラ−信号が重畳され、アノード電圧値が周期的に変化する。アノード２６が静電レンズ作用をなすことから、アノード電圧値が周期的に変化した際、カソード２２及びウェーネルト２４とアノード３との間の中心軸がずれていると、ＮＡ開口像はＣＲＴモニーター２２５上で移動することになる。このＮＡ開口像の移動量が最小になるように、一方のねじ４２と他方のねじ４４を締めたり緩めたりすることによって、アノード２６に対するカソード２２及びウェーネルト２４の傾き位置を微調整する。これによって、カソード及びウェーネルトとアノードとの間の軸合せを行うことができる。このように、電子銃の各電極間のセンタリング、すなわち、カソード２２、ウェーネルト２４及びアノード２６間の中心決めを正しく調整でき、電子線装置の光軸方向に整合させることができるようにしたので、一次電子ビーム１２の軌道のズレが評価され修正される。この結果、一次電子ビーム１２がアノード穴２７を正確に通過することとなって、一次電子ビーム１２がアノード自体に入射することがなくなる。これによって、アノード２６から電子が後方散乱してカソード２２又はバーチャルカソードに悪影響を与えることがほぼなくなり、ショット雑音を低減することができる。
【００４５】
本実施形態においては、カソード２２及びウェーネルト２４の傾きをアノード２６に対して微調整できるようにしたが、カソード単独、あるいは、ウェーネルト単独を光軸に直角な方向（ｘｙ方向）に微動させるようにしてもよい。また、アノードのみをｘｙ方向に微調整できるようにしてもよい。
【００４６】
カソード付近にできているバーチャルカソードを乱す原因として、上述したようにアノード２６に入射した一次電子ビーム１２が後方散乱されバーチャルカソードに戻ることが原因と考えられる。これを防止するために、上記のようなカソード電極、ウェーネルト電極及びアノード電極間のセンタリングのほかに、あるいはアノード穴２７を十分大きくするようにしてもよい。このように、アノード穴２７を十分大きくすることにより、一次電子ビーム全てがアノード穴２７を通過し、一次電子ビームがアノードに当たりそこから後方散乱されたビームがバーチャルカソードに戻ることがなくなり、アノードに流れる一次電子ビーム電流をほぼ０にすることができる。アノードに流れる一次電子ビーム電流をほぼ０にするために、アノード穴の径は、そこでの一次電子ビーム径の４倍以上の寸法を有していることが好ましい。
【００４７】
カソード付近にできているバーチャルカソードを乱す原因としては、さらに、ＮＡ開口６２に入射した一次電子ビームがやはり後方散乱され、バーチャルカソードに戻ることが考えられる。これを防止するために、ＮＡ開口の電子銃側にはレンズ（例えば、本実施形態のようなコンデンサレンズ５８）を少くとも１段設けることにより、後方散乱されたビームを曲げ、カソードに戻らないようにした。これによって、バーチャルカソードは乱されることがなくなり、ショット雑音をさらに小さい値にすることができる。
【００４８】
本実施形態によれば、以上のようにアノードに入射するビーム電流をほとんどなくせるので、アノードから後方散乱した電子がバーチャルカソードに悪影響を及ぼすことがなくなりショット雑音を著しく低減することができる。
【００４９】
以上の構成により電子銃電流のショット雑音が(倍に小さくなるとする。しかしながら、途中のＮＡ開口等で一次電子ビームの大部分を除くことにより、ウェーハ上に届くビーム電流ははるかに小さい値になることから、ウェーハ上に届くビーム電流に入る分配雑音（二つ以上の電極間に電子ビームを分配するとき電子線装置内で発生する雑音）を考慮する必要が生じる。カソード上でのショット雑音電流は次のように算出できる。
【００５０】
【数１】
0003980404.tif 000004
【００５１】
この［数１］は、電子銃電流（すなわち、カソードから放出される電流）Ｉ0のショット雑音が(倍に小さくなるとした場合の、従来から知られているショット雑音の式である。この式をさらに分配雑音を含めて書くと、下記の［数２］のようになる（「電子ビームテスティングハンドブック  第７巻」６４頁（昭和６２年発行）を参照）。［数２］の第２項が、分配雑音（partition noise）を示しており、第１項が電子銃電流のショット雑音の透過した寄与を与えている。
【００５２】
【数２】
0003980404.tif 000005
【００５３】
【数３】
0003980404.tif 000006
【００５４】
【数４】
0003980404.tif 000007
【００５５】
【数５】
0003980404.tif 000008
【００５６】
ここで、in2は、試料としてのウェーハ上でのショット雑音電流の二乗平均値、
Ｉ0は、カソードから放出される電流値（即ち、カソード電流、電子銃電流）
Ｉbは、試料面としてのウェーハ面を流れるビーム電流値（即ち、試料電流）、
ｅ＝１．６×１０-19ｃ、
Γ<１、
Δｆ＝ショット雑音を測定する周波数帯域である。
【００５７】
式（５）は、式（１）のＩ0をＩbに変えた式である。即ち試料電流で考えてもショット雑音は(倍に減少する事になる。
以上のように、本実施形態によれば、カソード電流のみでなく、試料電流に含まれるショット雑音も小さくすることができる。
【００５８】
次ぎに、本願発明に係るウェーハの位置と回転姿勢を較正するための較正装置について説明する。
本願発明の一実施形態に係る較正装置は、粗調整装置と微調整装置とを備えている。
【００５９】
粗調整装置は、図２に示されているように、試料としてのウェーハ１６の位置と回転姿勢を測定する静電容量センサーを用いた測定装置１２０を備えている。
測定装置１２０は、ウェーハの周辺部に等間隔に配置された３個の静電容量式位置センサ１２２、１２４、１２６を備えている。３個の静電容量式位置センサ１２２、１２４、１２６は、周方向に互いに対して１２０°の間隔をあけて配置されている。静電容量式位置センサの電極面は、図３に示されているように、その縦断面において、ウェーハの周方向側面（換言すれば、エッジ面）１７とほぼ同じ曲率を持たせてあり、これによって、ウェーハとの距離を正確に計測できるようになっている。静電容量式位置センサは、その平面においても、ウェーハの周方向側面とほぼ同じ曲率を持たせることができる。静電容量式位置センサとウェーハとの間の距離が小さくなると、静電容量が大きくなり、静電容量式位置センサとウェーハとの間の距離が大きくなると、静電容量が小さくなる。この原理に基づいて、３個の静電容量式位置センサの各々は、ウェーハ１７のエッジ面１７とのそれぞれの距離を測定する。このようにして、３個の静電容量式位置センサの各々とウェーハのエッジ面１７とのそれぞれの距離が測定されると、制御装置２２０は、これら３箇所の距離からウェーハの中心４５の位置を計算により求める。以上のようにして、ウェーハの中心４５の位置が求められると、制御装置は、記憶装置に記憶されている基準中心位置と比較し、この位置が基準中心位置からずれていた場合、ＸＹステージを移動させて、ウェーハ１７の中心１９の位置の較正を行う。なお、３個の静電容量式位置センサにより、ウェーハ１７のエッジ面１７との距離を測定する際、後述するウェーハ１６に形成されたノッチ１９が静電容量式位置センサに対向する位置に配置されると正確に距離が計れなくなるので、ノッチ１９が、静電容量式位置センサの非対向位置に位置決めされるようにウェーハの位置を事前に調整する必要がある。
【００６０】
上述したように、ウェーハ１６のエッジ面１７には、ノッチ２１が形成されており、図２に示されている状態では、ノッチ２１は、静電容量式位置センサ１２６の近傍にあるが、静電容量式位置センサ１２６の非対向位置にある。制御装置２２０は、θステージ１０２に指令を与えてθステージ１０２を回転させながら、静電容量式位置センサ１２６とノッチ２１との距離を測定することによって、すなわち、ノッチ２１が静電容量式位置センサ１２６の対向位置にきた際に生じる静電容量式位置センサ１２６からの出力の変化を検出することによって、ウェーハの回転ずれ（θ方向のずれ）を測定するようになっている。θ方向にずれがあった場合、制御装置は、上述のようにθステージ２３０を稼働させることにより、自動的にウェーハの回転ずれの較正を行う。ウェーハ１６の欠陥検査等の評価を行うときは、ウェーハ中心１９とノッチ２１を結んだ線に平行に（すなわち、ｙ方向に）ｙ方向ステージを連続移動させながら評価を行うことができる。
【００６１】
３個の静電容量式位置センサ１２２、１２４、１２６によって、ウェーハの中心の位置ずれの較正とウェーハの回転ずれの較正を行うことによって粗調整を行った後、微調整装置による微調整を行う。微調整装置は、制御装置２２０の制御部２２１や記憶装置２２２などから構成されており、図４に示されているようなパターンマッチングを用いてウェーハの位置の較正を行う。
【００６２】
図４の実線のパターンは、電子線装置により検出されたウェーハ１６の１個目のダイ（例えば、図２の２００）でのパターンであり、点線は２個目のダイ（例えば、図２の２０２）でのパターンとする。まず、欠陥検査を行う前に、パターンマッチングによって点線のパターンの座標と実線のパターンの座標との差Δｘ及びΔｙを求める。その後、差Δｘ及びΔｙが０になるように点線のパターンの座標を実線のパターンの座標に、あるいは、実線のパターンの座標に合わせる。次いで、互いの座標が一致した１個目のダイでのパターンと２個目のダイでのパターンとを比較することによって欠陥を検査する。すなわち、上記差ΔｘとΔｙを考慮することにより、ｘ方向及びｙ方向の微調整が行われたことになる。このように本実施形態によれば、実線のパターンと点線のパターンのようにずれがあっても、相関演算する等によってパターンマッチングを行って欠陥検査を行うようにしたので、従来測定前に行われていたレジストレーション（図４の実線のパターンのｙ方向のダイ寸法だけ位置をずらしてほぼ点線のパターンに重なる様にステージを移動させ、ビーム照射位置を微調整すること）を行って検出画像を合わせる必要がないので、スループットを大きくすることができる。
【００６３】
次ぎに、θ方向の微調整について説明する。
電子線装置でウェーハの欠陥を検査する際、例えば、ダイ２００の検査が終了するとその隣のダイ２０２を検査するように、ｙ方向ステージを順次移動させながらダイ２００、２０２、２０４、２０６、２０８、２１０の順番で第１列の検査が行われる（図２参照）。第１列の検査が終了した時点で、１個目のダイ２００でのパターンとこれより遠い６個目のダイ２１０とのパターンマッチングとを比較することによって、図３に示されるδ方向のずれを検出することができる。すなわち、このずれδは、それぞれのダイに形成されたパターンの方向と、先に測定したウェーハの中心とノッチを結んだ線をｙ軸とした座標との角度差、換言すれば、ウェーハの回転方向θのずれを意味している。１個目のダイ２００と６個目のダイ２１０とのｘ方向の距離の差をＬとし、１個目のダイ２００のパターンの座標と６個目のダイ２１０のパターンの座標との差がΔｘであった場合、δ＝Δｘ／Ｌとみなすことができる。δ方向のずれが検出された場合、制御装置２２０はθステージ１０２を稼働させて(が０となるように補正を行う。このように、δ方向のずれを考慮することによって、ウェーハの回転方向θのずれの微調整を行う。
【００６４】
このように、本実施形態によれば、粗調整と微調整とを行うことにより、ウェーハの位置ずれを正確に較正することができる。
次に図６及び図７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。
【００６５】
図６は、本願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４００）
（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４０１）
（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４０２）
（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４０３）
（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４０４）
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。
【００６６】
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。
【００６７】
図７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５００）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ５０１）
（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５０２）
（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５０３）
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。
【００６８】
上記（Ｇ）の検査工程に本願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。
【００６９】
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。
【００７０】
【発明の効果】
以上のように本願発明によれば、電圧供給装置によりアノードに与える電圧を変化させ、画像形成装置からの出力に基づいて、カソード及びウェーネルトとアノードとの間の軸合せを評価し、必要であれば、ウェーネルト、アノード、あるいはカソードとウェーネルトの組のいずれかを、電子線装置の光軸方向に整合させることができるようにしたので、一次電子ビームがアノード穴を正確に通過することとなって、一次電子ビームがアノードに入射することがなくなる。これによって、アノードから電子が後方散乱してカソードに悪影響を与えることがほぼなくなり、ショット雑音が低減され、試料面に照射する一次電子ビームの電流値が小さくても、１ピクセル当たりの二次電子検出数を必要個数以上確保することができ、試料の欠陥検査を正確に行うことができる。しかも、ピクセル時間を長くする必要がなくなり、試料を短時間で評価できる。さらに、試料面に照射する一次電子ビームの照射量が小さくて済むことから、試料面上の絶縁膜に電子が帯電する可能性が低くなり、これによって、電子シャワーの必要性がなくなる。
【００７１】
また、本願発明によれば、マグネスケールあるいはレーザースケールからの信号に基づいて、一次電子線で走査されている試料の位置を算出するようにしたので、従来のようなレーザ干渉計と比較して、短時間で、前記スケールの取り付け及び調整を行うことができる。
【００７２】
さらに、試料を支持する試料台の周囲に配置された少なくとも３つの静電容量センサーを用いて試料の中心位置の基準値からのずれ値と試料の回転姿勢の基準値からのずれ値とを算出すると共に、このずれ値を較正するようにしたので、欠陥の評価を正確に行うことができる。また、試料の任意の位置の１つのダイのパターンと、他のダイのパターンとの座標位置のずれを整合させてから、試料の欠陥を検査するようにしたので、欠陥の評価をより正確に行うことができる。
【００７３】
さらに、パターンマッチングを行うので、レジストレーションを行う必要がなく、また、測定前にレジストレーションを行う必要が無いのでスループットを大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本願発明の実施形態に係る電子線装置の概略図である。
【図２】図２は、電子線装置をウェーハの上方からみたときの概略平面図である。
【図３】図３は、図２の一部を破断した部分概略縦断面図である。
【図４】図４は、ウェーハ位置測定方法とパターンマッチングの説明図である。
【図５】図５は、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６】図６は、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である。
【符号の説明】
１０  電子銃                      １２  一次電子ビーム
１４  照射系                      １６  試料
１８  二次電子                    ２０  検出系
２２  カソード                    ２４  ウェーネルト
２６  アノード                    ２８  ヒータ
３０  一対の柱状の電極            ３２  絶縁スペーサ
３４  シールド                    ３６  碍子
３８  電子銃室側壁                ４０  支持部分
４２  ねじ                        ４４  ねじ
４２ａ  ねじの先端                ４４ａ  ねじの先端
４６  絶縁体                      ４８  電子銃室底壁
５０  導線                        ５２  電圧源
５４  ウォブラー信号供給装置      ５６  電圧供給装置
５８  コンデンサレンズ            ６０  軸合わせ偏向器
６２  ＮＡ開口                    ６４  軸合わせ偏向器
６６  コンデンサレンズ            ６８  軸合わせ偏向器
７０  静電偏向器                  ７２  Ｅ×Ｂ分離器
７４  対物レンズ                  ７６  静電偏向器
７８  電磁偏向器
８０  ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）
８２  アノード                    ８４  Ａ／Ｄ変換器
８６  画像形成装置としての画像形成回路
８８  走査電源                    １００  試料台
１０２  静電チャック（θ方向ステージ）
１０４  ｘ方向ステージ              １０６  ｙ方向ステージ
１０８  ベース                      １１０  ｘ方向用のマグネスケール
１１２  マグネスケール用のセンサー  １１４  ｙ方向用のマグネスケール
１１６  マグネスケール用のセンサー  １２０  測定装置
１２２  静電容量式位置センサ        １２４  静電容量式位置センサ
１２６  静電容量式位置センサ        ２００  ダイ
２０２  ダイ                        ２０４  ダイ
２０６  ダイ                        ２０８  ダイ
２１０  ダイ                        ２２０  制御装置
２２１  制御部                      ２２２  記憶装置
２２３  基準画像記憶部              ２２４  二次電子画像記憶領域
２２５  ＣＲＴモニーター            ２２７  二次電子画像
２２８  入力部                      ２２９  制御プログラム
２３０  θステージ
【図１】
0003980404.tif 000009
【図２】
0003980404.tif 000010
【図３】
0003980404.tif 000011
【図４】
0003980404.tif 000012
【図５】
0003980404.tif 000013
【図６】
0003980404.tif 000014