(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード、熱放出カソード、及びウェーネルトを有する電子銃と、それぞれが３つの電極により構成されている第１及び第２の静電レンズとを有する電子光学系を複数個有し、これら電子光学系により試料上の複数箇所を同時に評価する電子線装置において、
複数の第１の静電レンズを共通に制御するための１つの共通制御電源であって、第１の静電レンズの中間電極に電圧を共通に印加する第１の共通制御電源と、
複数の第２の静電レンズを共通に制御するための１つの共通制御電源であって、第２の静電レンズの中間の電極に電圧を共通に印加する第２の共通制御電源と、
複数の電子銃の熱放出カソードすべてに同一電圧を調整可能に印加して、該カソードを共通に制御するための１つの第３の共通制御電源と、
複数の第１の静電レンズの両端電極の一方に独立して電圧を印加するための複数の第１の独立制御電源と、
複数の第２の静電レンズの両端電極の一方に独立して電圧を印加するための複数の第２の独立制御電源と、
複数の電子銃のウェーネルトに独立して電圧を調整可能に印加して、各ウェーネルトを独立して制御することにより、これら電子銃からの電子ビームのクロスオーバ位置を円形開口に位置決めするための、電子光学系毎に設けられた複数の第３の独立制御電源と
を備えていることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線装置において、
第１の静電レンズは、対物レンズであり、
第１の独立制御電源からの電圧は、対物レンズの両端電極の内の試料に対向していない側の電極に印加され、
電子線装置はさらに、複数の対物レンズを共通に制御するための共通制御電極であって、対物レンズの両端電極の内の試料に対向する側の電極である電極に、試料に印加される電圧よりも低い電圧を印加する第４の共通制御電極を備え、
これによって、２次電子のエネルギーフィルタ効果を持たせ、試料上のパターンの電位コントラストを評価できるようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
半導体デバイスを製造する方法において、請求項１又は２に記載の電子線装置を用いて、プロセス途中又は完了後の半導体デバイスを検査する工程を含んでいる半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の技術分野】
本発明は、最小線幅０．１μｍ以下の高密度パターンを有するウエハ又はマスクの形状観察及び欠陥検査等を、高精度かつ高信頼性で行うための電子線装置、及び、該電子線装置を用いて、プロセス途中及び完了後の半導体デバイスのパターン検査を行うデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体ウエハ又は該ウエハを作成するためのマスク等からなる試料上に１次電子ビームを照射し、該試料の表面から放出される２次電子から得られる電気信号を処理して、試料上のパターンを得ることができる電子線装置が知られている。このような電子線装置において、スループットを向上させるために、１つの光学系を用いて複数の１次電子ビームを試料上に照射するもの（マルチビーム方式）が既に提案され、また、複数の光学系を並列的に用いることにより複数の１次電子ビームを試料上に照射するものも提案されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来例のマルチビーム方式の電子線装置においては、対物レンズの試料側の電極に試料面より低い電圧を印加することにより、エネルギフィルタ効果を与えようとすると、２次電子像の結像関係がくずれてしまい、マルチビームの２次電子ビームをクロストークなしに検出することが困難であり、したがって、高精度の画像情報を得ることができなかった。
一方、複数の光学系を用いた電子線装置においては、クロストークの問題を解消することが可能であるが、複数の光学系を用いているため、光学系の数が増大するほど装置が大型化し、さらに制御系が複雑かつ高価になってしまう。したがって、これらの問題を考慮すると、比較的少ない数の光学系を具備させることにならざるを得ず、結局、スループットを大幅に改善することができない。
【０００４】
本発明は、上記した従来例の電子線装置における問題点を解決するためのものであり、その目的は、試料表面の測定及び評価を高スループットで行うことができ、さらに、装置の大型化、複雑化、及び高価格化を防止することができる電子線装置を提供することである。
本発明の他の目的は、このような電子線装置を用いてプロセス途中又は完了後の半導体ウエハの評価を行うステップを含んだ半導体デバイス製造方法を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る、少なくとも１段の静電レンズを有する電子光学系を複数個有し、これら電子光学系により試料上の複数箇所を同時に評価する電子線装置においては、
複数の電子光学系それぞれの静電レンズを共通に制御するための１つの共通制御電源
を備えていることを特徴としている。
【０００６】
上記した本発明に係る電子線装置において、各静電レンズは、第１〜第３の電極により構成されており、第２の電極は、上下に配置された第１及び第３の電極の中央に位置し、かつ共通制御電源からの電圧が印加され、第１又は第３の電極は、電子光学系毎に設けられた独立制御可能な独立制御電源からの電圧が印加されるよう構成されることが好ましい。
また、少なくとも１段の静電レンズを対物レンズとして構成し、独立制御電源からの電圧を第１の電極に印加し、共通制御電源により、対物レンズの試料に対向する側の電極である第３の電極に、試料に印加される電圧よりも低い電圧を印加することによって、２次電子のエネルギーフィルタ効果を持たせ、試料上のパターンの電位コントラストを評価できるようにすることが好ましい。
【０００７】
別の観点における本発明に係る、アノード、熱放出カソード及びウエーネルトを有する電子銃を備えた電子光学系を複数備えて、試料上の複数箇所を同時に評価する電子線装置においては、
複数の電子銃の熱放出カソードすべてに同一電圧を調整可能に印加して、該カソードを共通に制御する１つの共通制御電源と、
複数の電子銃のウエーネルトに個別に電圧を調整可能に印加して、各ウエーネルトを独立して制御する、電子光学系毎に設けられた独立制御電源と
を備えていることを特徴としている。
本発明はさらに、上記した本発明に係る電子線装置を用いて、プロセス途中又は完了後の半導体デバイスを検査する工程を含んでいる半導体デバイス製造方法も提供する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施形態の電子線装置の構成を説明するための説明図であり、該電子線装置は、並列配置された複数の電子光学系を備えている方式のものである。図においては、３組の電子光学系を断面図として示しているが、２組、又は４組以上を具備させることができることは、勿論である。各電子銃は、熱放出カソードを構成するＬaＢ6カソード１、ウエーネルト２、及びアノード３で構成されている。電子光学系毎にすなわち電子銃それぞれに対応して、ウエーネルト２に電圧を供給するためのウエーネルト独立制御電源２０が設けられ、これら電源２０は、出力電圧を個々に独立に調整可能である。また、すべての電子銃のカソード１は、出力電圧が調整可能な１つのカソード共通制御電源１９から共通に同一の電圧が印加され、図示していないが、すべての電子銃のアノード３は、接地されている。
【０００９】
各電子銃から発せられた１次電子ビームは、アノード３及び開口板４の開口を通過して、符号３１で示す軌道を進み、位置５においてクロスオーバする。クロスオーバ位置５は、独立制御電源２０を個別に調整することにより、光軸方向に沿って適宜の位置に位置決めすることができる。クロスオーバ位置５には、ＮＡを決める円形開口が配置されている。開口板４の開口は正方形を有し、それにより、１次電子ビームの軌道３１は、断面が正方形となるように整形され、中央部に開口が設けられた円筒状の３つの電極６、７、８（上部電極６、中央電極７、下部電極８）を含んだ静電レンズからなるコンデンサレンズにより、縮小される。そしてさらに、１次電子ビームは、中央部に開口が設けられた円筒状の３つの電極１４、１５、１６（上部電極１４、中央電極１５、下部電極１６）を含んだ静電レンズからなる対物レンズを介して、試料１８上に照射され縮小像を形成する。
【００１０】
コンデンサレンズの中央電極７は全て、同電位となるように電気的に接続されており、また、出力電圧を高精度に調整可能な１つ共通制御電源２２から電圧が印加される。各コンデンサレンズの下部電極８は接地され、一方、上部電極６は、各光学系に対応して設けられた、出力電圧を個別に調整可能な独立制御電源２１から電圧が印加される。各電源２１の出力を独立して調整することにより、各光学系がクロスオーバ像を正確な位置に形成することができる。これにより、全ての光学系のクロスオーバ像を、所定の設定位置に形成することが可能となる。
【００１１】
対物レンズの中央電極１５も、コンデンサレンズの場合と同様に、それぞれが同一電位となるよう接続され、かつ高精度に調整可能な１つの共通制御電源２８から電圧が印加される。この電源２８の精度Ｒは、ＬaＢ6カソードを用いた電子銃を用い、中央電極１５に供給すべき電圧が２０ｋＶとした場合、
Ｒ≪ΔＥ／（２０×１０3）
に設定すべきであり、ΔＥ≒３Ｖとすると、
Ｒ≪１．５×１０-4
となる。
したがって、共通制御電源２８は、１×１０-4程度の調整精度を必要とする。
【００１２】
対物レンズの上部電極１４にはそれぞれ、電子光学系毎に設けられかつ個別に調整可能な独立制御電源２７から電圧が印加されており、該電圧を個別に調整することにより、電子光学系毎に設定された合焦条件を満たすように制御され、位置１７にクロスオーバ像を形成する。
なお、各電子光学系における１次電子ビームを走査するための偏向器９及び１１は、偏向電源２４及び２５からの走査信号により走査されるが、これら偏向器９及び１１による走査時に生じる像面湾曲を補正する必要がある。この像面湾曲は、独立制御電源２７から上部電極１４に印加される電圧を調整して対物レンズの合焦状態を調整することによって、補正される。合焦状態の調整のためには、電源２７は、応答速度が比較的高速である必要があるが、±１００Ｖ以下で補正可能であれば、格別高精度の安定度は必要ない。
【００１３】
すべての対物レンズの中央電極１５は、同電位となるように電気的に接続されており、出力電圧が調整可能な１つの共通制御電源２８からの電圧レベルに保持される。同様に、全ての対物レンズの下部電極１６は、同電位となるように電気的に接続され、出力電圧が調整可能な１つの共通制御電源２９からの電圧レベルに保持される。該電源２９の出力電圧が、電源３０から試料１０に印加される電圧よりも高いか低いかによって（すなわち、下部電極１６の電位が試料１８の電位よりも高いか低いかによって）、試料１８から放出された２次電子を、その一部を試料１８側に追い返したり又は対物レンズを通過させたりすることができる。
【００１４】
試料１８上のパターンが溝により形成されている場合、又は異なる複数の材質（例えば、ＳｉＯ2とＡｌ）により形成されている場合等のように、パターンの形状や材質の差を明確に表す画像を得たい場合には、試料１８の電位よりも高い電圧を、電源２９から下部電極１６に印加する。
一方、試料１８上の電位コントラスト像を得たい場合には、電源３０の出力電圧よりも低い電圧を、電源２９から下部電極１６に印加する。例えば、電源３０から試料１８に０Ｖを印加しかつ試料１８上に＋２Ｖの領域と−２Ｖの領域との２つの領域が存在する場合、電源２９から対物レンズの下部電極１６に−１０Ｖの電圧を印加すると、−２Ｖの領域からの２次電子は対物レンズを通過し、＋２Ｖの領域からの２次電子は対物レンズで試料１８側に追い返される。この結果、得られた画像中の−２Ｖの領域は明るくなり、＋２Ｖの領域は暗くなる。その他の領域は、中間的な明るさとなる。したがって、電位コントラストが得られる。
【００１５】
対物レンズを通過した２次電子は、電子光学系毎に、静電偏向器１１及び電磁偏向コイル１２、偏向用コア１３からなるＥ×Ｂ偏向器（ウイーンフィルタ）によって偏向され、２次電子検出器１０によって検出され、そして、ＳＥＭ画像形成回路２３によって画像処理される。
本実施の形態では、電子銃は熱放出カソードを用いている。そして、この電子銃をショット雑音が低減されるような空間電荷制限条件で使用することにより、ショット雑音が低減され、これにより、Ｓ／Ｎ比の良好な画像を、小さいビーム電流あるいは高速の走査速度で得ることができる。
【００１６】
次に、本発明の半導体デバイス製造方法について説明する。本発明の半導体デバイス製造方法は、上記した電子線装置を用いて、図２及び図３を参照して以下に説明する半導体デバイス製造方法において実行されるものである。
半導体デバイス製造方法は、図２に示すように、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ製造工程Ｓ１、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Ｓ２、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程Ｓ３、ウエハ上に形成されたチップを１個づつに切り出し、動作可能にするすチップ組立工程Ｓ４、及び完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
【００１７】
上記した工程の中で、半導体デバイスの製造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２である。この工程において、設計された回路パターンをウエハ上に形成し、かつ、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。
このように半導体デバイスの製造に影響を及ぼすウエハ・プロセッシング工程Ｓ２において加工されたウエハの加工状態を評価することが重要であり、該工程Ｓ２は、以下のサブ工程を含んでいる。
【００１８】
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のマスク（レクチル）を用いてレジスト・パターンを形成するリソグラフィ工程
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ウエハ検査工程。
なお、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２のサブ工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程Ｓ４においてチップ毎に分離される前のウエハが形成される。
【００１９】
図３は、図２のウエハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフローチャートである。図３に示したように、リソグラフィ工程は、レジスト塗布工程Ｓ２１、露光工程Ｓ２２、現像工程Ｓ２３、及びアニール工程Ｓ２４を含んでいる。
レジスト塗布工程Ｓ２１において、ＣＶＤやスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウエハ上にレジストを塗布し、露光工程Ｓ２２において、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程Ｓ２３において、露光されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、アニール工程Ｓ２４において、現像されたレジスト・パターンをアニールして安定化させる。これら工程Ｓ２１〜Ｓ２４は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【００２０】
本発明の半導体デバイス製造方法においては、図１に関連して説明した電子線装置を用いて、加工途中の工程（ウエハ検査工程）のみならず、完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５において用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスであっても、歪み、ぼけ等が低減された画像を得ることができるので、ウエハの欠陥を確実に検出することができる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているため、以下のような作用効果を奏することができる。
１．複数の電子光学系を並列配置したものであるから、１つの電子銃を用いて複数の１次電子ビームを形成するマルチビーム方式の場合と対比して、クロストークが少ないとともにスループットを向上させることができる。
２．高精度に調整する必要がある電子銃のカソード、コンデンサレンズの中央電極、並びに、対物レンズの中央電極及び下部電極の電位を、複数の電子光学系に共通の電源で調整制御しているので、電気制御系の構成を簡単にすることができる。
３．電子銃のウエーネルトの電位は、電子光学系毎に備えられた個別の電源によって制御できるので、電子銃に固体差があっても、電子銃が作るクロスオーバ位置を、設計通りの位置に調整することができる。
４．コンデンサレンズや対物レンズの本来接地している電極（すなわち、電極１４）で焦点合わせを制御しているので、電子光学系毎の補正を独立の電源で行うことができる。
５．電子光学系のレンズは、コンデンサレンズ及び対物レンズの２段であって少ないため、構造及び制御系を簡単な構成とすることができる。これにより、例えば、１２インチのウエハ上に１０本以上の光学系を配置することができ、スループットを約１０倍向上させることができる。
６．ショット雑音が低減する空間電荷制限条件で電子銃を動作させることにより、小さいビーム電流あるいは高速走査であっても、高品質の画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電子線装置の構成を示す説明図である。
【図２】半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図３】図２に示したウエハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィ工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１…カソード    ２…ウエーネルト    ３…アノード    ４…開口板
５、１７…クロスオーバ位置    ６〜８…コンデンサレンズ    ９…偏向器
１０…２次電子検出器    １１〜１３…Ｅ×Ｂ偏向器
１４〜１６…対物レンズ    １８…試料
１９、２２、２８、２９…共通制御電源    ２０、２１、２７…独立制御電源
２３…画像処理装置    ２４、２５、３０…電源
【図１】
0003895992.tif 000002
【図２】
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【図３】
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