電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法
【課題】 静電レンズと試料との間の放電を防止し、かつ高い電圧を印加可能で、さらに、対物レンズの軸上色収差の絶対値と軸上色収差補正レンズの軸上色収差の絶対値とが等しくなるように調整可能なパラメータを持つ対物レンズを提供する。
【解決手段】 電子線装置であって、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、対物レンズは、試料側に向うほど半径が小さくなる、少なくとも１つの円錐形状の電極と、軸対称電極とを有し、軸対称電極は、前記円錐形状の電極より試料側に配置されたほぼ接地の電極であり、試料面での電界強度を小さくする位置に配置され、さらに、負の軸上色収差を生じる多極子レンズと、電圧制御装置とを備え、電圧制御装置が軸対称電極の電圧を調整して、もしくは軸対称電極の電圧と少なくとも１つの円錐形状の電極の電圧との双方を調整して、対物レンズの軸上色収差の絶対値を多極子レンズの軸上色収差の絶対値と等しくする。
【解決手段】 電子線装置であって、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、対物レンズは、試料側に向うほど半径が小さくなる、少なくとも１つの円錐形状の電極と、軸対称電極とを有し、軸対称電極は、前記円錐形状の電極より試料側に配置されたほぼ接地の電極であり、試料面での電界強度を小さくする位置に配置され、さらに、負の軸上色収差を生じる多極子レンズと、電圧制御装置とを備え、電圧制御装置が軸対称電極の電圧を調整して、もしくは軸対称電極の電圧と少なくとも１つの円錐形状の電極の電圧との双方を調整して、対物レンズの軸上色収差の絶対値を多極子レンズの軸上色収差の絶対値と等しくする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置、該装置を用いたパターン評価方法及び該装置を用いたデバイス製造方法に関する。特に、最小線幅が０．１μｍ以下のパターンを有する試料の欠陥装置、線幅測定、欠陥レビュー、又はパターンの電位測定等を行うのに適した電子線装置において、レンズの軸上色収差を小さくし、基板評価を高精度、高スループットで行うことができる装置、さらにそのような装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線装置の基板評価精度を制限する大きな要因は、軸上色収差及び球面収差である。従来の電子線装置において、静電レンズを使用した対物レンズは、静電レンズの電極に高い電圧をかけることにより、軸上色収差や球面収差を小さくしていた。また、４極子レンズ４段からなる軸上色収差補正レンズを用いて、対物レンズの軸上色収差を補正していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、静電レンズの電極に高い電圧をかけると試料面上での電界強度が大きくなるので、静電レンズと試料との間で放電が発生して試料を破壊してしまう虞があった。
また、４極子レンズ４段からなる軸上色収差補正レンズを用いて軸上色収差補正を行う場合においては、軸上色収差が設計通りにならないために、対物レンズの軸上色収差の絶対値と軸上色収差補正レンズの軸上色収差の絶対値とが等しくならず、残留色収差が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
本発明はこれらの問題点を解決するためのもので、静電レンズと試料との間の放電を防止し、かつ高い電圧を印加可能で、さらに、対物レンズの軸上色収差の絶対値と軸上色収差補正レンズの軸上色収差の絶対値とが等しくなるように調整可能なパラメータを持つ対物レンズを提供することを目的とする。
【０００５】
また、該対物レンズを含む電子線装置と、該装置を用いたデバイス製造方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、前記対物レンズは、試料側に向うほど半径が小さくなる、少なくとも１つの円錐形状の電極と、軸対称電極とを有し、前記軸対称電極は、前記円錐形状の電極より試料側に配置されたほぼ接地の電極であり、試料面での電界強度を小さくする位置に配置されることを特徴とする、電子線装置を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、前記対物レンズは、少なくとも１枚の電極と、アース電極とを有し、前記アース電極は、試料面での電界強度を小さくする位置に配置されることを特徴とする、電子線装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、対物レンズは、高電圧を印加する電極を円錐形状にし、試料面側にほぼ接地に近い電圧を付与された軸対称電極を有するため、高電圧を印加された電極が作る電界がこの軸対称電極で部分的にシールドされる形になるため、試料面での電界強度が小さくなり、試料表面での絶縁破壊が防止され、レンズと試料との間の放電を防止することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、対物レンズは、高電圧を印加する円錐電極に加え、完全に接地された円錐形のアース電極を有するため、一定のレンズ作用に要する上記円錐電極に加える電圧が小さくなり、レンズと試料との間の放電を防止することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、試料面側のほぼ接地された軸対称電極に微調整した電圧を印加することにより、もしくは軸対称電極と少なくとも１つの円錐形状の電極との双方に調整した電圧を印加することにより、対物レンズの軸上色収差係数を電気的に制御して、対物レンズの正の軸上色収差の絶対値を軸上色収差補正レンズの負の軸上色収差の絶対値に正確に合わせて相殺し、残留色収差を極めて小さくすることができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、円筒電極に印加する高電圧を制御電源で調整することにより、対物レンズの軸上色収差係数を電気的に制御して、対物レンズの正の軸上色収差の絶対値を軸上色収差補正レンズの負の軸上色収差の絶対値に正確に合わせて相殺し、残留色収差を極めて小さくすることができる。
【００１２】
さらに、残留色収差の小さい電子線装置においては、ＮＡ開口の開口角を通常より大きな値にして個々のビームのビーム電流を大きくすることができるため、高スループットで試料の評価ができる。
【実施例】
【００１３】
図１を参照して、本発明による電子線装置の第１の実施例について説明する。この電子線装置は、電子銃１から放出された電子線から矩形ビームを形成し、矩形ビームを試料１６上に集束させる一次光学系１００と、試料１６表面から放出される二次電子線の像を拡大する二次光学系２００と、二次光学系から出力された二次電子を検出する検出装置３００と備えている。
【００１４】
一次光学系１００は、一次電子線を放出するＬａＢ６カソード銃１と、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線を集束するコンデンサレンズ３と、集束された一次電子線を成形して矩形ビームを形成する成形開口５と、矩形ビームの縮小率を微調整する成形レンズ６、８と、一次電子線の軸合わせをする軸合わせ偏向器２、４、７と、一次電子線を二次電子軌道と異なる軌道を通すための一次電子線軌道制御偏向器９と、一次電子線の焦点を合わせて試料１６に照射する対物レンズ６０と、対物レンズに印加する電圧を調節する電圧制御電源７０とを備えている。このようにして、一次光学系は、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線から矩形ビームを形成して、矩形ビームを試料１６上に集束させ、一次電子線軌道制御偏向器９により二次電子軌道と異なる軌道（３０）を通るように制御される。
【００１５】
二次光学系２００は、対物レンズ６０により加速されて電子線分離器用電磁偏向器１０で発生した偏向色収差を補正する静電偏向器１７と、負の軸上色収差を生じる色収差補正レンズ１９と、該色収差補正レンズ１９による二次電子の拡大像位置に設けた補助レンズ２０と、二次電子線の像を更に拡大する拡大レンズ２１と、拡大レンズ２１による二次電子の拡大像位置に設けた補助レンズ２２と、最終拡大レンズ２３とを備える。このようにして、二次光学系は、試料１６から放出された二次電子線を拡大して、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）２４に結像される。
【００１６】
なお、本実施形態においては、電子線分離器用電磁偏向器１０は、一次光学系１００にも二次光学系２００にも含まれないものと説明したが、一次光学系１００に含まれるととらえることもできるし、二次光学系２００に含まれるものととらえることもできる。また、一次光学系１００及び二次光学系２００の両方に含まれるととらえることもできる。
【００１７】
検出装置３００は、ＭＣＰ２４と、ＴＤＩカメラ５０４と、ＴＤＩカメラ５０４とデータ通信可能に接続された制御装置５２０を備えている。ＴＤＩカメラ５０４は、ＭＣＰ２４に結像された２次電子像を電子信号に変換する。
【００１８】
対物レンズ６０は、試料１６側から順に、円板状の軸対称電極１５と、電極１４と、電極１３と、ＮＡ開口１２と、電極１１とを有している。電極１４及び電極１３は、試料側に向うほど半径が小さくなる円錐形状の光軸近傍電極を有する。なお、本実施例においては、軸対称電極１５を円板状としたが、円錐形状としてもよい。電極１１は、省略してもよい。
【００１９】
一次電子線を集束させるために、かつ軸上色収差や球面収差を小さくするために、電圧調整電源７０は電極１４に正の高電圧を印加する。電圧調整電源７０は軸対称電極１５には接地電圧に近い電圧を与える。そのため、電極１４に印加される正の高電圧にもかかわらず、電極１４が作る高電界が電極１５でシールドされる形となるため、試料１６面上での電界強度は小さく抑えられる。従って、試料表面での絶縁破壊が起こらず、電極１４と試料１６との間の放電は防止される。また、電極１４には高電圧を印加しているため、対物レンズ６０の軸上色収差は小さく保たれている。
【００２０】
電子線装置の基板評価精度を上げるために、この対物レンズ６０が作る正の軸上色収差の絶対値を、色収差補正レンズ１９が作る負の軸上色収差の絶対値と等しくなるようにする必要がある。このためには、組立精度を必要な値にするとともに、対物レンズ６０の電極１５に印加する電圧を電圧調整電源７０で調節することにより、もしくは、電極１５に印加する電圧と電極１４とに印加する電圧との双方を調節することにより、軸上色収差の値を正確に調節する。例えば、電極１５に与える電圧を高くすると、同じレンズ作用を得るには電極１５と電極１４との間の電界強度を一定に保つ必要があるから、同じ焦点距離での電極１４に与える電圧が高くなり、軸上色収差は小さくなる。逆に１５に与える電圧を低くすると、同じレンズ作用を得るには電極１５と電極１４との間の電界強度を一定に保つ必要があるから、電極１４に与える電圧も低くなり、軸上色収差を大きくできる。このように残留色収差の小さい電子線装置においては、ＮＡ開口１２の開口角を、通常２００ｍｒａｄ（ミリラジアン）のところ、４００ｍｒａｄ（ミリラジアン）程度の大きな値にすることができる。そのため、二次電子の透過率が大きくなり、大きいビーム電流を得ることができ、高スループットで試料の評価をすることができる。
【００２１】
電極１３はアースに近い電圧で、この電位を数１０Ｖ変えることによって試料面１６の上下動（Ｚ方向動）によるフォーカスズレをダイナミックに補正することができる。電極１３は電極１４の形状に合わせて円錐形状になっているので、光軸近くで電極同士が離れることもなく、必要な焦点距離を得ることができる。
【００２２】
色収差補正レンズ１９は、２段のウィーンフィルタからなる。このウィーンフィルタは中間で一度像が形成され、図１−ａに示した軌道となる。ウィーンフィルタの断面を２倍のスケールで図１−ｂに１／４だけ示した。すなわち、１２極電極がパーマロイで作られ、コイル２５に電流を流すことにより磁場も発生させる構造になっている。これらの電極に２回対称電界を発生する電圧を与え、２回対称磁界を発生させる励磁電流を与えることによって、ウィーン条件すなわち二次電子が直進する条件が満たされ、さらに、これらの電極に４回対称の電界を発生する電圧と６回対称の電界とを発生する電圧とを重畳し、コイルには同じく４回対称の磁界と６回対称の磁界とを発生させる励磁電流を与える。４回対称電界・磁界によって負の軸上色収差を発生し、６回対称電界・磁界によって負の球面収差を発生する。本装置の対物レンズでは、２００ｍｒａｄ程度のＮＡでは軸上色収差が収差の大部分を占めるが、４００ｍｒａｄ以上の大きいＮＡでは球面収差は無視できない値になるので、球面収差を補正することは重要となる。
【００２３】
ＬａＢ６カソード銃１は空間電荷制限条件で動作し、ショット雑音が小さい。
ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線は、コンデンサレンズ３で集束され、成形開口５の開口を一様な強度で照射する。一次電子線は成形開口５で矩形ビームに成形され、成形レンズ６と成形レンズ８で縮小され、電磁偏向器１０で偏向され、対物レンズ６０に入射する。一次電子線は、軸合わせ偏向器２、４、及び７で、軸合わせされる。一次電子線は、さらに対物レンズ６０でさらに縮小され、試料１６に合焦する。対物レンズは、上述したように、軸上色収差を補正する。一次電子線は、一次電子線軌道制御偏向器９により、二次電子と異なる軌道を通るよう制御されるので、一次電子の空間電荷が二次電子に影響を与えることがない。
【００２４】
試料１６から放出された２次電子線は対物レンズ６０の正の電圧と試料１６との間で生じる加速電界で加速される。電磁偏向器１０により偏向された二次電子線は、静電偏向器１７で逆方向に偏向され、色収差補正レンズ１９の像点１８に拡大像を作る。電磁偏向器１０は電磁偏向器とすることで一次電子線と二次電子線とを分離する。静電偏向器１７と像点１８との距離は、電磁偏向器１０と像点１８との距離の半分に設計され、電磁偏向器１０による偏向角と静電偏向器１７による偏向角とは、方向が逆で絶対値を等しくしている。これにより、電子線分離器で発生した偏向色収差は、静電偏向器１７で補正されてゼロになる。像点１８に形成された二次電子線の拡大像は、色収差補正レンズ１９を通過した後、補助レンズ２０に形成される。色収差補正レンズ１９は、対物レンズ６０で発生した正の軸上色収差を補正するための負の軸上色収差を生じさせる。補助レンズ２０に形成された二次電子線の拡大像は、拡大レンズ２１で拡大され補助レンズ２２上に形成され、さらに最終拡大レンズ２３で１０倍程度拡大され、ＭＣＰ２４にＴＤＩの素子寸法に等しい画素の像が形成される。画素寸法を変えたいときは、補助レンズ２２の代わりに大きい画素用の補助レンズ２６、２７を設置して、これらに拡大レンズ２１による拡大像を作り、補助レンズ２６又は２７の電極に電圧を与えることによって倍率を調整し、ＴＤＩでの画素像の大きさを一定に保つことができる。ＭＣＰ２４から出力された２次電子像は、ＴＤＩカメラ５０４に結像され、ＴＤＩカメラ５０４は、この結像された２次電子像を電子信号に変換する。
【００２５】
検出装置３００は、さらに、ＴＤＩカメラ５０４とデータ通信可能に接続された制御装置５２０を有している。制御装置５２０は、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５２２と、前記所定のプログラムなどを記憶している記憶装置５２４と、処理結果や二次電子画像５２６等を表示するＣＲＴモニター５２８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５３０とを有している。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５２０を構成してもよい。
【００２６】
このように、本発明による電子線装置の第１の実施例は、対物レンズ６０の電極１４に高電圧の電圧が印加されるため、軸上色収差を小さくすることができ、また、電極１５には接地に近い電圧が印加されるので、電極１４の高電圧にもかかわらず、電極１４と試料１６との間の放電を防止することができる。さらに、電圧調整電源７０により、電極１４、１５にかかる電圧を調整することができるため、対物レンズで発生する正の軸上色収差の絶対値を色収差補正レンズ１９で発生する負の軸上色収差の絶対値に一致させ、軸上色収差を正確に補正することができる。また、残留色収差が小さいため、開口角を大きな値にして個々のビームのビーム電流を大きくすることができるため、高スループットで試料の評価ができる。
【００２７】
次に、図２を参照して、本発明による電子線装置の第２の実施例を説明する。この電子線装置は、電子銃１から放出された電子線からマルチビームを形成し、マルチビームを試料４５上に集束し走査させる一次光学系４００と、試料表面から放出される２次電子線の互いの間隔を拡大する二次光学系５００と、二次光学系から出力された２次電子を検出する検出装置５５０と備えている。
【００２８】
一次光学系４００は、一次電子線を放出するＬａＢ６カソード銃３１と、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線を集束するコンデンサレンズ３２と、集束された一次電子線からマルチビームを形成するマルチ開口３３と、マルチビームを縮小して焦点３８に結像させる成形レンズ３４と縮小レンズ３６と、軸上色収差を低収差に抑えるＮＡ開口３５と、補正レンズ５４と、負の軸上色収差を生じる色収差補正レンズ３７と、マルチビームを試料４５上で操作させ、かつ電磁偏向器４１で発生した偏向色収差を補正する静電偏向器４０と、対物レンズ４２とを備えている。このようにして、一次光学系は、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線からマルチビームを形成して、マルチビームを試料４５上に集束させ、静電偏向器４０により走査させられる。
【００２９】
二次光学系５００は、試料から放出されて対物レンズで加速された二次電子線を拡大する拡大レンズ４８、５０と、二次電子線の軸合わせをする静電偏向器４９、５１とを備えている。このようにして、二次光学系は、試料４５から放出された二次電子線を拡大して、検出器５２に結像される。
【００３０】
なお、本実施形態においては、電子線分離器用電磁偏向器４１は、一次光学系４００にも二次光学系５００にも含まれないものと説明したが、一次光学系４００に含まれるととらえることもできるし、二次光学系５００に含まれるものととらえることもできる。また、一次光学系４００及び二次光学系５００の両方に含まれるととらえることもできる。
【００３１】
検出装置５５０は、検出器５２と、Ａ／Ｄコンバータ及び信号処理回路５０４とデータ通信可能に接続された制御装置５２０を有している。Ａ／Ｄコンバータ及び信号処理回路５０４は、検出器５２で検出された複数チャンネルのＳＥＭ（走査電子顕微鏡）画像を電子信号に変換する。
【００３２】
マルチビームを使用したＳＥＭ（走査電子顕微鏡）においては、なるべく多くのマルチビームを試料４５上に形成したい。そのため、マルチ開口３３の前後に配置されたコンデンサレンズ３２と成形レンズ３４とのズーム作用、すなわちＬａＢ６カソード銃３１が作るクロスオーバ像をＮＡ開口３５に作るという合焦条件を変えないで、マルチ開口３３の照射領域を調整する。成形レンズ３４は、マルチ開口３４の後方に配置することにより、回転補正レンズとしての機能も持たせることができるので、補正レンズ５４を設けて、成形レンズ３４と補正レンズ５４に逆方向の軸上磁場を発生させる。
【００３３】
色収差補正レンズ３７は、４段の４極子レンズとこれらのレンズ電極と４５°方位角方向の位置がずれた方向に置かれた、収差補正のための４極の補正磁場発生レンズ５３である。色収差補正レンズ３７は、負の軸上色収差を発生させる。この色収差補正レンズ３７は、図１−ａ、図１−ｂのウィーンフィルタを用いてもよく、さらに、軸上色収差のみではなく、球面収差も補正した方がよい。
【００３４】
対物レンズ４２は、光軸上に中心決めされた環状のコイルを有する磁界レンズ８０と、該磁界レンズの中心軸線すなわち光軸に沿って配置されたパイプ状の円筒電極４４と、８極の走査偏向器兼ダイナミックフォーカス電極４３と、試料側に向うほど半径が小さくなる円錐形状のアース電位の磁極７５とを有している。磁気ギャップ４６が、外側磁極８１と内側磁極７５との間の試料側に形成されている。一次電子線を集束させるために、かつ軸上色収差や球面収差を小さくするために、電圧調整電源４７は円筒電極４４に正の高電圧を印加する。また、磁極８１、７５は常に接地されている。そのため、円筒電極４４に印加される正の高電圧にもかかわらず、試料４５面上での電界強度は小さく抑えられる。例えば、円筒電極４４と試料間距離が４ｍｍ、４４の電圧が８ＫＶだと、外側にアース電位がないと８ＫＶ／４ｍｍ＝２ＫＶ／ｍｍの電界が試料表面に印加されるが、外側電位がアース電位だと、１．５ＫＶ／ｍｍ程度に小さくなることがシミュレーションで明らかになっている。従って、試料表面の絶縁破壊が起きず、円筒電極４４と試料４５との間の放電が防止される。また、円筒電極４４には高電圧を印加しているため、対物レンズ４２の軸上色収差は小さく保たれている。対物レンズ４２が発生する正の軸上色収差の絶対値を色収差補正レンズ３７が発生する負の色収差の絶対値と正確に一致させるため、対物レンズ４２を、電圧調整電源４７により電気的に制御可能になっている。すなわち、対物レンズの軸上色収差を大きい値にするには電圧調整電源４７が円筒電極４４に与える電圧を低くする。一方、軸上色収差を小さくするには電圧調整電源４７が円筒電極４４に与える電圧を上げればよい。円筒電極４４に与える電圧を変化させたことによる合焦条件のズレの補償は、対物レンズ４４の励起電流を電圧調整電源４７で調整することによって行われる。本実施例においては、球面収差もウィーンフィルタを用いて補正した方がよい。しかし、磁気ギャップ４６が試料側に形成されている構造の対物レンズ４２の球面収差は小さい値になっているので、ウィーンフィルタに与える電磁界が小さくても補正できる。電極４３はアース電位に近い電圧が与えられる８極の電極で、この８極の電極に同じ電圧を与えることでレンズの焦点距離を高速で調整することができ、ダイナミックフォーカスを行うことができる。さらにビーム分離器用静電偏向器４０と該８極電極４３とに走査信号を与えることにより、マルチビームを試料４５上で走査させることができる。補正残留の全収差が小さいため、ＮＡ開口３５による開口角を、通常数１０ｍｒａｄ（ミリラジアン）のところ、１００ｍｒａｄ（ミリラジアン）以上の大きな値にすることができる。そのため、個々のビームは大きいビーム電流を得ることができ、高スループットで試料の評価をすることができる。
【００３５】
ＬａＢ６カソード銃３１から放出された一次電子線はコンデンサレンズ３２で集束され、マルチ開口３３の全ての開口を一様な強度で照射する。マルチ開口３３で形成されたマルチビームは、成形レンズ３４と縮小レンズ３６とで焦点３８に縮小像を作る。ＮＡ開口３５を設けることによって低軸外収差に抑えられた焦点３８に作られた縮小像は、軸上色収差補正レンズ３７で焦点３９の位置に結像される。この焦点３９の像は、負の軸上色収差を持った像である。焦点３９の縮小像は対物レンズ４２でさらに縮小され、試料４５にマルチビームを形成する。マルチビームは、静電偏向器４０と電極４３により、試料４５上を走査させられる。この対物レンズ４２で発生する正の軸上色収差は、軸上色収差補正レンズ３７で発生した負の軸上色収差で補正され打ち消される。
【００３６】
試料４５から放出された２次電子線は対物レンズ４２内部に設けられた円筒電極４４と試料４５とが作る加速電界によって加速・集束され、電磁偏向器４１で一次電子線から分離され、拡大レンズ４８、５０で２段階に拡大される。二次電子線は、検出器５２で検出され、複数チャンネルのＳＥＭ像が形成される。静電偏向器４９、５１は一次電子線の走査に同期して、常に同じ一次電子からの２次電子信号が同一の検出器５２に入射するよう制御する。検出器５２から出力された２次電子像は、Ａ／Ｄコンバータ及び信号処理回路５０４に送られ電子信号に変換し、この電子信号は、第１の実施例と同様に、制御装置５２０で処理される。
【００３７】
このように、本発明による電子線装置の第２の実施例は、対物レンズ４２の円筒電極４４に高電圧の電圧が印加されるため、軸上色収差を小さくすることができ、また、磁極７５は接地されているので、円筒電極４４の高電圧にもかかわらず、円筒電極４４と試料４５との間の放電を防止することができる。さらに、電圧調整電源４７により、円筒電極４４にかかる電圧を調整することができるため、対物レンズで発生する正の軸上色収差の絶対値を色収差補正レンズ３７で発生する負の軸上色収差の絶対値に一致させ、軸上色収差を正確に補正することができる。また、残留色収差が小さいため、開口角を大きな値にして個々のビームのビーム電流を大きくすることができるため、高スループットで試料の評価ができる。
【００３８】
次に図３及び図４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。
図３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６００）
（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６０２）
（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６０４）
（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６０６）
（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６０８）
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図４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７００）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ７０２）
（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７０４）
（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７０６）
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。
【００４１】
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が可能と成る。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１−ａ】図１−ａは、本発明の第１の実施例にかかる電子線装置の概略図である。
【図１−ｂ】図１−ｂは、図１−ａのウィーンフィルタの断面の１／４を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例にかかる電子線装置の概略図である。
【図３】図３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４】図４は、図３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】
【００４４】
１：ＬａＢ６カソード銃 ２：軸合わせ偏向器、
３：コンデンサレンズ ４：軸合わせ偏向器、
５：成形開口 ６：成形レンズ
７：軸合わせ偏向器 ８：成形レンズ
９：一次電子線軌道制御偏向器 １０：電子線分離器用電磁偏向器
１１〜１５：対物レンズ １２：ＮＡ開口
１６：試料 １７：静電偏向器
１８：像点 １９：色収差補正レンズ
２０：補助レンズ ２１：拡大レンズ
２２、２６、２７：補助レンズ ２３：拡大レンズ
２４：ＭＣＰ ２５：励磁コイル
２６：電極兼磁極 ２７：パーマロイコア
２８：絶縁スペーサ ２９：締仕ネジ
３０：一次電子線軌道 ３１：ＬａＢ６カソード銃
３２：コンデンサレンズ ３３：マルチ開口
３４：成形レンズ ３５：ＮＡ開口
３６：縮小レンズ ３７：軸上色収差補正レンズ
３８：焦点 ３９：焦点
４０：静電偏向器 ４１：電子線分離器用電磁偏向器
４２：対物レンズ
４３：走査偏向器兼ダイナミックフォーカス電極
４４：円筒電極 ４５：試料
４６：レンズギャップ ４７：電圧調整電源
４８：拡大レンズ ４９：軸合わせ偏向器
５０：拡大レンズ ５１：軸合わせ偏向器
５２：検出器 ５３：４極磁極
５４：補助レンズ ７５：アース電位の磁極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置、該装置を用いたパターン評価方法及び該装置を用いたデバイス製造方法に関する。特に、最小線幅が０．１μｍ以下のパターンを有する試料の欠陥装置、線幅測定、欠陥レビュー、又はパターンの電位測定等を行うのに適した電子線装置において、レンズの軸上色収差を小さくし、基板評価を高精度、高スループットで行うことができる装置、さらにそのような装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子線装置の基板評価精度を制限する大きな要因は、軸上色収差及び球面収差である。従来の電子線装置において、静電レンズを使用した対物レンズは、静電レンズの電極に高い電圧をかけることにより、軸上色収差や球面収差を小さくしていた。また、４極子レンズ４段からなる軸上色収差補正レンズを用いて、対物レンズの軸上色収差を補正していた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、静電レンズの電極に高い電圧をかけると試料面上での電界強度が大きくなるので、静電レンズと試料との間で放電が発生して試料を破壊してしまう虞があった。
また、４極子レンズ４段からなる軸上色収差補正レンズを用いて軸上色収差補正を行う場合においては、軸上色収差が設計通りにならないために、対物レンズの軸上色収差の絶対値と軸上色収差補正レンズの軸上色収差の絶対値とが等しくならず、残留色収差が大きくなるという問題点があった。
【０００４】
本発明はこれらの問題点を解決するためのもので、静電レンズと試料との間の放電を防止し、かつ高い電圧を印加可能で、さらに、対物レンズの軸上色収差の絶対値と軸上色収差補正レンズの軸上色収差の絶対値とが等しくなるように調整可能なパラメータを持つ対物レンズを提供することを目的とする。
【０００５】
また、該対物レンズを含む電子線装置と、該装置を用いたデバイス製造方法とを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、前記対物レンズは、試料側に向うほど半径が小さくなる、少なくとも１つの円錐形状の電極と、軸対称電極とを有し、前記軸対称電極は、前記円錐形状の電極より試料側に配置されたほぼ接地の電極であり、試料面での電界強度を小さくする位置に配置されることを特徴とする、電子線装置を提供するものである。
【０００７】
また、本発明は、負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、前記対物レンズは、少なくとも１枚の電極と、アース電極とを有し、前記アース電極は、試料面での電界強度を小さくする位置に配置されることを特徴とする、電子線装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、対物レンズは、高電圧を印加する電極を円錐形状にし、試料面側にほぼ接地に近い電圧を付与された軸対称電極を有するため、高電圧を印加された電極が作る電界がこの軸対称電極で部分的にシールドされる形になるため、試料面での電界強度が小さくなり、試料表面での絶縁破壊が防止され、レンズと試料との間の放電を防止することができる。
【０００９】
また、本発明によれば、対物レンズは、高電圧を印加する円錐電極に加え、完全に接地された円錐形のアース電極を有するため、一定のレンズ作用に要する上記円錐電極に加える電圧が小さくなり、レンズと試料との間の放電を防止することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、試料面側のほぼ接地された軸対称電極に微調整した電圧を印加することにより、もしくは軸対称電極と少なくとも１つの円錐形状の電極との双方に調整した電圧を印加することにより、対物レンズの軸上色収差係数を電気的に制御して、対物レンズの正の軸上色収差の絶対値を軸上色収差補正レンズの負の軸上色収差の絶対値に正確に合わせて相殺し、残留色収差を極めて小さくすることができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、円筒電極に印加する高電圧を制御電源で調整することにより、対物レンズの軸上色収差係数を電気的に制御して、対物レンズの正の軸上色収差の絶対値を軸上色収差補正レンズの負の軸上色収差の絶対値に正確に合わせて相殺し、残留色収差を極めて小さくすることができる。
【００１２】
さらに、残留色収差の小さい電子線装置においては、ＮＡ開口の開口角を通常より大きな値にして個々のビームのビーム電流を大きくすることができるため、高スループットで試料の評価ができる。
【実施例】
【００１３】
図１を参照して、本発明による電子線装置の第１の実施例について説明する。この電子線装置は、電子銃１から放出された電子線から矩形ビームを形成し、矩形ビームを試料１６上に集束させる一次光学系１００と、試料１６表面から放出される二次電子線の像を拡大する二次光学系２００と、二次光学系から出力された二次電子を検出する検出装置３００と備えている。
【００１４】
一次光学系１００は、一次電子線を放出するＬａＢ６カソード銃１と、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線を集束するコンデンサレンズ３と、集束された一次電子線を成形して矩形ビームを形成する成形開口５と、矩形ビームの縮小率を微調整する成形レンズ６、８と、一次電子線の軸合わせをする軸合わせ偏向器２、４、７と、一次電子線を二次電子軌道と異なる軌道を通すための一次電子線軌道制御偏向器９と、一次電子線の焦点を合わせて試料１６に照射する対物レンズ６０と、対物レンズに印加する電圧を調節する電圧制御電源７０とを備えている。このようにして、一次光学系は、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線から矩形ビームを形成して、矩形ビームを試料１６上に集束させ、一次電子線軌道制御偏向器９により二次電子軌道と異なる軌道（３０）を通るように制御される。
【００１５】
二次光学系２００は、対物レンズ６０により加速されて電子線分離器用電磁偏向器１０で発生した偏向色収差を補正する静電偏向器１７と、負の軸上色収差を生じる色収差補正レンズ１９と、該色収差補正レンズ１９による二次電子の拡大像位置に設けた補助レンズ２０と、二次電子線の像を更に拡大する拡大レンズ２１と、拡大レンズ２１による二次電子の拡大像位置に設けた補助レンズ２２と、最終拡大レンズ２３とを備える。このようにして、二次光学系は、試料１６から放出された二次電子線を拡大して、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）２４に結像される。
【００１６】
なお、本実施形態においては、電子線分離器用電磁偏向器１０は、一次光学系１００にも二次光学系２００にも含まれないものと説明したが、一次光学系１００に含まれるととらえることもできるし、二次光学系２００に含まれるものととらえることもできる。また、一次光学系１００及び二次光学系２００の両方に含まれるととらえることもできる。
【００１７】
検出装置３００は、ＭＣＰ２４と、ＴＤＩカメラ５０４と、ＴＤＩカメラ５０４とデータ通信可能に接続された制御装置５２０を備えている。ＴＤＩカメラ５０４は、ＭＣＰ２４に結像された２次電子像を電子信号に変換する。
【００１８】
対物レンズ６０は、試料１６側から順に、円板状の軸対称電極１５と、電極１４と、電極１３と、ＮＡ開口１２と、電極１１とを有している。電極１４及び電極１３は、試料側に向うほど半径が小さくなる円錐形状の光軸近傍電極を有する。なお、本実施例においては、軸対称電極１５を円板状としたが、円錐形状としてもよい。電極１１は、省略してもよい。
【００１９】
一次電子線を集束させるために、かつ軸上色収差や球面収差を小さくするために、電圧調整電源７０は電極１４に正の高電圧を印加する。電圧調整電源７０は軸対称電極１５には接地電圧に近い電圧を与える。そのため、電極１４に印加される正の高電圧にもかかわらず、電極１４が作る高電界が電極１５でシールドされる形となるため、試料１６面上での電界強度は小さく抑えられる。従って、試料表面での絶縁破壊が起こらず、電極１４と試料１６との間の放電は防止される。また、電極１４には高電圧を印加しているため、対物レンズ６０の軸上色収差は小さく保たれている。
【００２０】
電子線装置の基板評価精度を上げるために、この対物レンズ６０が作る正の軸上色収差の絶対値を、色収差補正レンズ１９が作る負の軸上色収差の絶対値と等しくなるようにする必要がある。このためには、組立精度を必要な値にするとともに、対物レンズ６０の電極１５に印加する電圧を電圧調整電源７０で調節することにより、もしくは、電極１５に印加する電圧と電極１４とに印加する電圧との双方を調節することにより、軸上色収差の値を正確に調節する。例えば、電極１５に与える電圧を高くすると、同じレンズ作用を得るには電極１５と電極１４との間の電界強度を一定に保つ必要があるから、同じ焦点距離での電極１４に与える電圧が高くなり、軸上色収差は小さくなる。逆に１５に与える電圧を低くすると、同じレンズ作用を得るには電極１５と電極１４との間の電界強度を一定に保つ必要があるから、電極１４に与える電圧も低くなり、軸上色収差を大きくできる。このように残留色収差の小さい電子線装置においては、ＮＡ開口１２の開口角を、通常２００ｍｒａｄ（ミリラジアン）のところ、４００ｍｒａｄ（ミリラジアン）程度の大きな値にすることができる。そのため、二次電子の透過率が大きくなり、大きいビーム電流を得ることができ、高スループットで試料の評価をすることができる。
【００２１】
電極１３はアースに近い電圧で、この電位を数１０Ｖ変えることによって試料面１６の上下動（Ｚ方向動）によるフォーカスズレをダイナミックに補正することができる。電極１３は電極１４の形状に合わせて円錐形状になっているので、光軸近くで電極同士が離れることもなく、必要な焦点距離を得ることができる。
【００２２】
色収差補正レンズ１９は、２段のウィーンフィルタからなる。このウィーンフィルタは中間で一度像が形成され、図１−ａに示した軌道となる。ウィーンフィルタの断面を２倍のスケールで図１−ｂに１／４だけ示した。すなわち、１２極電極がパーマロイで作られ、コイル２５に電流を流すことにより磁場も発生させる構造になっている。これらの電極に２回対称電界を発生する電圧を与え、２回対称磁界を発生させる励磁電流を与えることによって、ウィーン条件すなわち二次電子が直進する条件が満たされ、さらに、これらの電極に４回対称の電界を発生する電圧と６回対称の電界とを発生する電圧とを重畳し、コイルには同じく４回対称の磁界と６回対称の磁界とを発生させる励磁電流を与える。４回対称電界・磁界によって負の軸上色収差を発生し、６回対称電界・磁界によって負の球面収差を発生する。本装置の対物レンズでは、２００ｍｒａｄ程度のＮＡでは軸上色収差が収差の大部分を占めるが、４００ｍｒａｄ以上の大きいＮＡでは球面収差は無視できない値になるので、球面収差を補正することは重要となる。
【００２３】
ＬａＢ６カソード銃１は空間電荷制限条件で動作し、ショット雑音が小さい。
ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線は、コンデンサレンズ３で集束され、成形開口５の開口を一様な強度で照射する。一次電子線は成形開口５で矩形ビームに成形され、成形レンズ６と成形レンズ８で縮小され、電磁偏向器１０で偏向され、対物レンズ６０に入射する。一次電子線は、軸合わせ偏向器２、４、及び７で、軸合わせされる。一次電子線は、さらに対物レンズ６０でさらに縮小され、試料１６に合焦する。対物レンズは、上述したように、軸上色収差を補正する。一次電子線は、一次電子線軌道制御偏向器９により、二次電子と異なる軌道を通るよう制御されるので、一次電子の空間電荷が二次電子に影響を与えることがない。
【００２４】
試料１６から放出された２次電子線は対物レンズ６０の正の電圧と試料１６との間で生じる加速電界で加速される。電磁偏向器１０により偏向された二次電子線は、静電偏向器１７で逆方向に偏向され、色収差補正レンズ１９の像点１８に拡大像を作る。電磁偏向器１０は電磁偏向器とすることで一次電子線と二次電子線とを分離する。静電偏向器１７と像点１８との距離は、電磁偏向器１０と像点１８との距離の半分に設計され、電磁偏向器１０による偏向角と静電偏向器１７による偏向角とは、方向が逆で絶対値を等しくしている。これにより、電子線分離器で発生した偏向色収差は、静電偏向器１７で補正されてゼロになる。像点１８に形成された二次電子線の拡大像は、色収差補正レンズ１９を通過した後、補助レンズ２０に形成される。色収差補正レンズ１９は、対物レンズ６０で発生した正の軸上色収差を補正するための負の軸上色収差を生じさせる。補助レンズ２０に形成された二次電子線の拡大像は、拡大レンズ２１で拡大され補助レンズ２２上に形成され、さらに最終拡大レンズ２３で１０倍程度拡大され、ＭＣＰ２４にＴＤＩの素子寸法に等しい画素の像が形成される。画素寸法を変えたいときは、補助レンズ２２の代わりに大きい画素用の補助レンズ２６、２７を設置して、これらに拡大レンズ２１による拡大像を作り、補助レンズ２６又は２７の電極に電圧を与えることによって倍率を調整し、ＴＤＩでの画素像の大きさを一定に保つことができる。ＭＣＰ２４から出力された２次電子像は、ＴＤＩカメラ５０４に結像され、ＴＤＩカメラ５０４は、この結像された２次電子像を電子信号に変換する。
【００２５】
検出装置３００は、さらに、ＴＤＩカメラ５０４とデータ通信可能に接続された制御装置５２０を有している。制御装置５２０は、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５２２と、前記所定のプログラムなどを記憶している記憶装置５２４と、処理結果や二次電子画像５２６等を表示するＣＲＴモニター５２８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５３０とを有している。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５２０を構成してもよい。
【００２６】
このように、本発明による電子線装置の第１の実施例は、対物レンズ６０の電極１４に高電圧の電圧が印加されるため、軸上色収差を小さくすることができ、また、電極１５には接地に近い電圧が印加されるので、電極１４の高電圧にもかかわらず、電極１４と試料１６との間の放電を防止することができる。さらに、電圧調整電源７０により、電極１４、１５にかかる電圧を調整することができるため、対物レンズで発生する正の軸上色収差の絶対値を色収差補正レンズ１９で発生する負の軸上色収差の絶対値に一致させ、軸上色収差を正確に補正することができる。また、残留色収差が小さいため、開口角を大きな値にして個々のビームのビーム電流を大きくすることができるため、高スループットで試料の評価ができる。
【００２７】
次に、図２を参照して、本発明による電子線装置の第２の実施例を説明する。この電子線装置は、電子銃１から放出された電子線からマルチビームを形成し、マルチビームを試料４５上に集束し走査させる一次光学系４００と、試料表面から放出される２次電子線の互いの間隔を拡大する二次光学系５００と、二次光学系から出力された２次電子を検出する検出装置５５０と備えている。
【００２８】
一次光学系４００は、一次電子線を放出するＬａＢ６カソード銃３１と、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線を集束するコンデンサレンズ３２と、集束された一次電子線からマルチビームを形成するマルチ開口３３と、マルチビームを縮小して焦点３８に結像させる成形レンズ３４と縮小レンズ３６と、軸上色収差を低収差に抑えるＮＡ開口３５と、補正レンズ５４と、負の軸上色収差を生じる色収差補正レンズ３７と、マルチビームを試料４５上で操作させ、かつ電磁偏向器４１で発生した偏向色収差を補正する静電偏向器４０と、対物レンズ４２とを備えている。このようにして、一次光学系は、ＬａＢ６カソード銃１から放出された一次電子線からマルチビームを形成して、マルチビームを試料４５上に集束させ、静電偏向器４０により走査させられる。
【００２９】
二次光学系５００は、試料から放出されて対物レンズで加速された二次電子線を拡大する拡大レンズ４８、５０と、二次電子線の軸合わせをする静電偏向器４９、５１とを備えている。このようにして、二次光学系は、試料４５から放出された二次電子線を拡大して、検出器５２に結像される。
【００３０】
なお、本実施形態においては、電子線分離器用電磁偏向器４１は、一次光学系４００にも二次光学系５００にも含まれないものと説明したが、一次光学系４００に含まれるととらえることもできるし、二次光学系５００に含まれるものととらえることもできる。また、一次光学系４００及び二次光学系５００の両方に含まれるととらえることもできる。
【００３１】
検出装置５５０は、検出器５２と、Ａ／Ｄコンバータ及び信号処理回路５０４とデータ通信可能に接続された制御装置５２０を有している。Ａ／Ｄコンバータ及び信号処理回路５０４は、検出器５２で検出された複数チャンネルのＳＥＭ（走査電子顕微鏡）画像を電子信号に変換する。
【００３２】
マルチビームを使用したＳＥＭ（走査電子顕微鏡）においては、なるべく多くのマルチビームを試料４５上に形成したい。そのため、マルチ開口３３の前後に配置されたコンデンサレンズ３２と成形レンズ３４とのズーム作用、すなわちＬａＢ６カソード銃３１が作るクロスオーバ像をＮＡ開口３５に作るという合焦条件を変えないで、マルチ開口３３の照射領域を調整する。成形レンズ３４は、マルチ開口３４の後方に配置することにより、回転補正レンズとしての機能も持たせることができるので、補正レンズ５４を設けて、成形レンズ３４と補正レンズ５４に逆方向の軸上磁場を発生させる。
【００３３】
色収差補正レンズ３７は、４段の４極子レンズとこれらのレンズ電極と４５°方位角方向の位置がずれた方向に置かれた、収差補正のための４極の補正磁場発生レンズ５３である。色収差補正レンズ３７は、負の軸上色収差を発生させる。この色収差補正レンズ３７は、図１−ａ、図１−ｂのウィーンフィルタを用いてもよく、さらに、軸上色収差のみではなく、球面収差も補正した方がよい。
【００３４】
対物レンズ４２は、光軸上に中心決めされた環状のコイルを有する磁界レンズ８０と、該磁界レンズの中心軸線すなわち光軸に沿って配置されたパイプ状の円筒電極４４と、８極の走査偏向器兼ダイナミックフォーカス電極４３と、試料側に向うほど半径が小さくなる円錐形状のアース電位の磁極７５とを有している。磁気ギャップ４６が、外側磁極８１と内側磁極７５との間の試料側に形成されている。一次電子線を集束させるために、かつ軸上色収差や球面収差を小さくするために、電圧調整電源４７は円筒電極４４に正の高電圧を印加する。また、磁極８１、７５は常に接地されている。そのため、円筒電極４４に印加される正の高電圧にもかかわらず、試料４５面上での電界強度は小さく抑えられる。例えば、円筒電極４４と試料間距離が４ｍｍ、４４の電圧が８ＫＶだと、外側にアース電位がないと８ＫＶ／４ｍｍ＝２ＫＶ／ｍｍの電界が試料表面に印加されるが、外側電位がアース電位だと、１．５ＫＶ／ｍｍ程度に小さくなることがシミュレーションで明らかになっている。従って、試料表面の絶縁破壊が起きず、円筒電極４４と試料４５との間の放電が防止される。また、円筒電極４４には高電圧を印加しているため、対物レンズ４２の軸上色収差は小さく保たれている。対物レンズ４２が発生する正の軸上色収差の絶対値を色収差補正レンズ３７が発生する負の色収差の絶対値と正確に一致させるため、対物レンズ４２を、電圧調整電源４７により電気的に制御可能になっている。すなわち、対物レンズの軸上色収差を大きい値にするには電圧調整電源４７が円筒電極４４に与える電圧を低くする。一方、軸上色収差を小さくするには電圧調整電源４７が円筒電極４４に与える電圧を上げればよい。円筒電極４４に与える電圧を変化させたことによる合焦条件のズレの補償は、対物レンズ４４の励起電流を電圧調整電源４７で調整することによって行われる。本実施例においては、球面収差もウィーンフィルタを用いて補正した方がよい。しかし、磁気ギャップ４６が試料側に形成されている構造の対物レンズ４２の球面収差は小さい値になっているので、ウィーンフィルタに与える電磁界が小さくても補正できる。電極４３はアース電位に近い電圧が与えられる８極の電極で、この８極の電極に同じ電圧を与えることでレンズの焦点距離を高速で調整することができ、ダイナミックフォーカスを行うことができる。さらにビーム分離器用静電偏向器４０と該８極電極４３とに走査信号を与えることにより、マルチビームを試料４５上で走査させることができる。補正残留の全収差が小さいため、ＮＡ開口３５による開口角を、通常数１０ｍｒａｄ（ミリラジアン）のところ、１００ｍｒａｄ（ミリラジアン）以上の大きな値にすることができる。そのため、個々のビームは大きいビーム電流を得ることができ、高スループットで試料の評価をすることができる。
【００３５】
ＬａＢ６カソード銃３１から放出された一次電子線はコンデンサレンズ３２で集束され、マルチ開口３３の全ての開口を一様な強度で照射する。マルチ開口３３で形成されたマルチビームは、成形レンズ３４と縮小レンズ３６とで焦点３８に縮小像を作る。ＮＡ開口３５を設けることによって低軸外収差に抑えられた焦点３８に作られた縮小像は、軸上色収差補正レンズ３７で焦点３９の位置に結像される。この焦点３９の像は、負の軸上色収差を持った像である。焦点３９の縮小像は対物レンズ４２でさらに縮小され、試料４５にマルチビームを形成する。マルチビームは、静電偏向器４０と電極４３により、試料４５上を走査させられる。この対物レンズ４２で発生する正の軸上色収差は、軸上色収差補正レンズ３７で発生した負の軸上色収差で補正され打ち消される。
【００３６】
試料４５から放出された２次電子線は対物レンズ４２内部に設けられた円筒電極４４と試料４５とが作る加速電界によって加速・集束され、電磁偏向器４１で一次電子線から分離され、拡大レンズ４８、５０で２段階に拡大される。二次電子線は、検出器５２で検出され、複数チャンネルのＳＥＭ像が形成される。静電偏向器４９、５１は一次電子線の走査に同期して、常に同じ一次電子からの２次電子信号が同一の検出器５２に入射するよう制御する。検出器５２から出力された２次電子像は、Ａ／Ｄコンバータ及び信号処理回路５０４に送られ電子信号に変換し、この電子信号は、第１の実施例と同様に、制御装置５２０で処理される。
【００３７】
このように、本発明による電子線装置の第２の実施例は、対物レンズ４２の円筒電極４４に高電圧の電圧が印加されるため、軸上色収差を小さくすることができ、また、磁極７５は接地されているので、円筒電極４４の高電圧にもかかわらず、円筒電極４４と試料４５との間の放電を防止することができる。さらに、電圧調整電源４７により、円筒電極４４にかかる電圧を調整することができるため、対物レンズで発生する正の軸上色収差の絶対値を色収差補正レンズ３７で発生する負の軸上色収差の絶対値に一致させ、軸上色収差を正確に補正することができる。また、残留色収差が小さいため、開口角を大きな値にして個々のビームのビーム電流を大きくすることができるため、高スループットで試料の評価ができる。
【００３８】
次に図３及び図４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。
図３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６００）
（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６０２）
（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６０４）
（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６０６）
（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６０８）
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。
【００３９】
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。
【００４０】
図４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７００）
（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ７０２）
（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７０４）
（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７０６）
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。
【００４１】
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が可能と成る。
【００４２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１−ａ】図１−ａは、本発明の第１の実施例にかかる電子線装置の概略図である。
【図１−ｂ】図１−ｂは、図１−ａのウィーンフィルタの断面の１／４を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第２の実施例にかかる電子線装置の概略図である。
【図３】図３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４】図４は、図３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】
【００４４】
１：ＬａＢ６カソード銃 ２：軸合わせ偏向器、
３：コンデンサレンズ ４：軸合わせ偏向器、
５：成形開口 ６：成形レンズ
７：軸合わせ偏向器 ８：成形レンズ
９：一次電子線軌道制御偏向器 １０：電子線分離器用電磁偏向器
１１〜１５：対物レンズ １２：ＮＡ開口
１６：試料 １７：静電偏向器
１８：像点 １９：色収差補正レンズ
２０：補助レンズ ２１：拡大レンズ
２２、２６、２７：補助レンズ ２３：拡大レンズ
２４：ＭＣＰ ２５：励磁コイル
２６：電極兼磁極 ２７：パーマロイコア
２８：絶縁スペーサ ２９：締仕ネジ
３０：一次電子線軌道 ３１：ＬａＢ６カソード銃
３２：コンデンサレンズ ３３：マルチ開口
３４：成形レンズ ３５：ＮＡ開口
３６：縮小レンズ ３７：軸上色収差補正レンズ
３８：焦点 ３９：焦点
４０：静電偏向器 ４１：電子線分離器用電磁偏向器
４２：対物レンズ
４３：走査偏向器兼ダイナミックフォーカス電極
４４：円筒電極 ４５：試料
４６：レンズギャップ ４７：電圧調整電源
４８：拡大レンズ ４９：軸合わせ偏向器
５０：拡大レンズ ５１：軸合わせ偏向器
５２：検出器 ５３：４極磁極
５４：補助レンズ ７５：アース電位の磁極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、
前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、
前記対物レンズは、試料側に向うほど半径が小さくなる、少なくとも１つの円錐形状の電極と、軸対称電極とを有し、
前記軸対称電極は、前記円錐形状の電極より試料側に配置されたほぼ接地の電極であり、試料面での電界強度を小さくする位置に配置され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、
前記電子線装置は、さらに、負の軸上色収差を生じる多極子レンズと、電圧制御装置とを備え、
前記電圧制御装置が前記軸対称電極の電圧を調整して、もしくは前記軸対称電極の電圧と前記少なくとも１つの円錐形状の電極の電圧との双方を調整して、前記対物レンズの軸上色収差の絶対値を前記多極子レンズの軸上色収差の絶対値と等しくす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、
前記軸対称電極は、円板形状又は円錐形状の電極であることを特徴とする、電子線装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電子線装置において、
前記対物レンズは、さらに、焦点調節用の円錐形状の電極を有し、
前記焦点調節用の円錐形状の電極は、前記少なくとも１つの円錐形状の電極の試料とは反対側に配置されており、前記電圧制御装置により該電極に印加される電圧を調整することによって、前記軸対称電極の電圧の変化による焦点距離の変化を補正することを特徴とする、電子線装置。
【請求項５】
負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、
前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、
前記対物レンズは、少なくとも１枚の電極と、アース電極とを有し、
前記アース電極は、試料面での電界強度を小さくする位置に配置されることを特徴とする、電子線装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電子線装置において、
前記少なくとも１枚の電極は、円筒電極であることを特徴とする、電子線装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の電子線装置において、
前記電子線装置は、さらに、負の軸上色収差を生じる多極子レンズと、電圧制御装置とを備え、
前記電圧制御装置が、前記少なくとも１枚の電極に印加する電圧を調整して、前記対物レンズの軸上色収差の絶対値を前記多極子レンズの軸上色収差の絶対値と等しくすることを特徴とする、電子線装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電子線装置において、
前記対物レンズは、電磁レンズと静電レンズとの合成レンズであり、
前記電磁レンズは、前記電圧制御装置により該静電レンズに加えられる電圧を変化させることによって焦点距離を補正することを特徴とする、電子線装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電子線装置において、
前記対物レンズは、さらに、もう１枚の別電極を有し、
前記電圧制御装置が、前記別電極に印加する電圧を調整することにより、前記別電極は、前記少なくとも１枚の電極の電圧の変化による焦点距離の変化を補正することを特徴とする、電子線装置。
【請求項１０】
デバイスを製造する方法であり、
前記方法は、
ａ．ウェーハを準備する工程と、
ｂ．ウェーハプロセスを行う工程と、
ｃ．ウェーハプロセス後のウェーハを請求項１乃至６の何れかの装置を用いて評価する工程と、
ｄ．前記ｂ及びｃの工程を必要な回数繰り返す工程と、
ｅ．前記ウェーハを切断し、デバイスに組み立てる工程とを備えることを特徴とする、方法。
【請求項１】
負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、
前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、
前記対物レンズは、試料側に向うほど半径が小さくなる、少なくとも１つの円錐形状の電極と、軸対称電極とを有し、
前記軸対称電極は、前記円錐形状の電極より試料側に配置されたほぼ接地の電極であり、試料面での電界強度を小さくする位置に配置され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、
前記電子線装置は、さらに、負の軸上色収差を生じる多極子レンズと、電圧制御装置とを備え、
前記電圧制御装置が前記軸対称電極の電圧を調整して、もしくは前記軸対称電極の電圧と前記少なくとも１つの円錐形状の電極の電圧との双方を調整して、前記対物レンズの軸上色収差の絶対値を前記多極子レンズの軸上色収差の絶対値と等しくす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、
前記軸対称電極は、円板形状又は円錐形状の電極であることを特徴とする、電子線装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の電子線装置において、
前記対物レンズは、さらに、焦点調節用の円錐形状の電極を有し、
前記焦点調節用の円錐形状の電極は、前記少なくとも１つの円錐形状の電極の試料とは反対側に配置されており、前記電圧制御装置により該電極に印加される電圧を調整することによって、前記軸対称電極の電圧の変化による焦点距離の変化を補正することを特徴とする、電子線装置。
【請求項５】
負電圧が印加された試料に電子線を照射し、試料から放出される二次電子を対物レンズと試料とが作る電界で加速し、少なくとも電磁偏向器を有する電子線分離器で前記二次電子線を検出器方向に向かわせる、電子線装置であって、
前記電子線装置は、電子線の焦点を合わせて試料に照射する対物レンズを備え、
前記対物レンズは、少なくとも１枚の電極と、アース電極とを有し、
前記アース電極は、試料面での電界強度を小さくする位置に配置されることを特徴とする、電子線装置。
【請求項６】
請求項５に記載の電子線装置において、
前記少なくとも１枚の電極は、円筒電極であることを特徴とする、電子線装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の電子線装置において、
前記電子線装置は、さらに、負の軸上色収差を生じる多極子レンズと、電圧制御装置とを備え、
前記電圧制御装置が、前記少なくとも１枚の電極に印加する電圧を調整して、前記対物レンズの軸上色収差の絶対値を前記多極子レンズの軸上色収差の絶対値と等しくすることを特徴とする、電子線装置。
【請求項８】
請求項７に記載の電子線装置において、
前記対物レンズは、電磁レンズと静電レンズとの合成レンズであり、
前記電磁レンズは、前記電圧制御装置により該静電レンズに加えられる電圧を変化させることによって焦点距離を補正することを特徴とする、電子線装置。
【請求項９】
請求項７に記載の電子線装置において、
前記対物レンズは、さらに、もう１枚の別電極を有し、
前記電圧制御装置が、前記別電極に印加する電圧を調整することにより、前記別電極は、前記少なくとも１枚の電極の電圧の変化による焦点距離の変化を補正することを特徴とする、電子線装置。
【請求項１０】
デバイスを製造する方法であり、
前記方法は、
ａ．ウェーハを準備する工程と、
ｂ．ウェーハプロセスを行う工程と、
ｃ．ウェーハプロセス後のウェーハを請求項１乃至６の何れかの装置を用いて評価する工程と、
ｄ．前記ｂ及びｃの工程を必要な回数繰り返す工程と、
ｅ．前記ウェーハを切断し、デバイスに組み立てる工程とを備えることを特徴とする、方法。
【図１−ａ】
【図１−ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図１−ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００６−２７７９９６（Ｐ２００６−２７７９９６Ａ）
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−９１５１４（Ｐ２００５−９１５１４）
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１０月１２日（２００６．１０．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月２８日（２００５．３．２８）
【出願人】（００００００２３９）株式会社荏原製作所 (1,477)
【Ｆターム（参考）】
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