電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法
【課題】 空間電荷効果に起因する解像度の低下を防止すること
【手段】 矩形状の一次ビームを試料Ｗに照射し、試料Ｗから放出される二次電子を電子光学系５で検出面に拡大投影して検出する電子線装置は、電子光学系５に、二次電子を中空状のビームに変形するためのリング状開口１８１〜１８４を有する開口板１８を備える。これらリング状開口の幅は球面収差を無視し得るほど小さい。また、電子光学系５は、二次電子の軸上色収差を補正するための補正レンズ２２を備えることが好ましい。
【手段】 矩形状の一次ビームを試料Ｗに照射し、試料Ｗから放出される二次電子を電子光学系５で検出面に拡大投影して検出する電子線装置は、電子光学系５に、二次電子を中空状のビームに変形するためのリング状開口１８１〜１８４を有する開口板１８を備える。これらリング状開口の幅は球面収差を無視し得るほど小さい。また、電子光学系５は、二次電子の軸上色収差を補正するための補正レンズ２２を備えることが好ましい。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小線幅が０．２μｍ以下のパターンを有する試料の評価を高スループット且つ高信頼性で行うことができる電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化、パターンの微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が要求されている。１００ｎｍデザインルールのウェーハ基板の欠陥を調べるためには、１００ｎｍ以下の線幅を有する配線におけるパターン欠陥やパーティクルの有無、ビアの欠陥及びこれらの電気的欠陥を見る必要があり、したがって１００ｎｍ以下の分解能が必要であり、デバイスの高集積化による製造工程の増加により、検査量が増大するため、高スループットが要求されている。
【０００３】
また、デバイスの多層化が進むにつれて、層間の配線をつなぐビアのコンタクト不良（電気的欠陥）を検出する機能も、検査装置に要求されている。分解能及びコンタクト不良検査の点では、光方式の欠陥検査装置に代わって、電子線を用いた欠陥検査装置が検査装置の主流になると予想される。ただし、電子線方式欠陥検査装置はスループットの点で光方式に劣るという弱点がある。このため、高分解能、高スループット、且つ電気的欠陥検出が可能な電子線式検査装置の開発が要求されている。
【０００４】
光方式での検査装置の分解能は使用する光の波長の１／２が限界であると言われており、実用化されている例での分解能は０．２μｍ程度である。一方、電子線を使用する方式では、走査型電子線方式（ＳＥＭ方式）が実用化されており、分解能は０．１μｍ、検査時間は８時間／枚（２００ｍｍウェーハ）である。電子線方式はまた、電気的欠陥（配線の断線、導通不良、ビアの導通不良等）も検査可能であることが大きな特徴であるが、検査速度が非常に遅く、検査速度の速い欠陥検査装置の開発が期待されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では重要な工程の後、例えばエッチング、成膜又はＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理後等に使用されている。
【０００６】
電子線を用いた走査（ＳＥＭ）方式の検査装置について説明する。ＳＥＭ方式の検査装置は電子線を細く絞って（このビーム径が分解能に相当する）これを走査してライン状に試料を照射する。一方、ステージを電子線の走査方向に直角の方向に移動させることにより、平面状に観察領域を電子線で照射する。電子線の走査幅は一般に数１００μｍである。前記細く絞られた電子線（一次電子線と呼ぶ）照射により発生した試料からの二次電子を検出器（シンチレータ＋フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）又は半導体方式の検出器（ＰＩＮダイオード型）等）で検出する。照射位置の座標と二次電子の量（信号強度）を合成して画像化し、記憶装置に記憶し、あるいはＣＲＴ（ブラウン管）上に画像を出力する。以上はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の原理であり、この方式で得られた画像から工程途中の半導体（通常はＳｉ）ウェーハの欠陥を検出する。検査速度（スループットに相当する）は一次電子線の量（電流値）、ビーム径及び検出器の応答速度で決まる。ビーム径０．１μｍ（分解能と同じと考えてよい）電流値１００ｎＡ、検出器の応答速度１００ＭＨｚが現在の最高値で、この場合で検査速度は２０ｃｍ径のウェーハ一枚あたり約８時間と言われている。この検査速度が光方式に比べてきわめて遅い（１／２０以下）ことが大きな問題点となっている。特に、ウェーハ上に作られた１００ｎｍ以下のデザイン・ルールのデバイス・パターン、即ち、１００ｎｍ以下の線幅や直径１００ｎｍ以下のビア等の形状欠陥や電気的欠陥の検出及び１００ｎｍ以下のゴミの高速の検出が必要となっている。
【０００７】
上で説明したＳＥＭ方式の検査装置では、上記の検査速度がほぼ限界と考えられており、更に高速にする、すなわちスループットを上げるためには新しい方式が必要である。この必要を満たすために、断面が長方形の電子線を試料に照射し、該試料から放出される二次電子を写像光学系で拡大して検出する電子線装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、多極子レンズを設けて軸対称レンズの軸上色収差を補正する電子顕微鏡も公知である（例えば非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１６６９４号公報
【非特許文献１】D. Ioanoviciv, et al., Rev. Sci. Instrum., Vol. 75, No. 11, Nov. 2004。
【０００８】
しかしながら、従来から知られている写像型の電子線装置においては、大電流の一次ビームを流すと、電子間の空間電荷効果に起因して写像のボケが大きくなり、高分解能が得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は、こうした問題を解決するために提案されたものであり、本発明は、空間電荷効果に起因する解像度の低下を防止することができる電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
矩形状の一次ビームを試料に照射し、該試料から放出される二次電子を電子光学系で検出面に拡大投影して検出する電子線装置において、
前記電子光学系に、前記二次電子を中空状のビームに変形するためのリング状開口を有する開口板を設けたことを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【００１１】
請求項２の発明は、前記リング状開口の幅が球面収差を無視し得るほど小さくしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、前記電子光学系に、前記二次電子の軸上色収差を補正するための補正レンズを更に設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、請求項４の発明は、
電子銃から放出された一次ビームを対物光学系を介して試料に照射し、該試料から放出される二次電子を検出する電子線装置において、
前記一次ビームを前記対物光学系を通過する際に中空状のビームに変形して前記試料を照射するとともに、前記二次電子を検出して前記試料の評価を行う評価装置と、
前記一次ビーム又は前記二次電子の軸上色収差を補正する補正レンズと、
を具備することを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【００１３】
請求項５の発明は、前記電子銃のカソードがリング状のエッジを有することを特徴とする。
請求項６の発明は、前記一次ビームをマルチビームに変形して前記試料に照射させるマルチ開口板を備え、前記二次電子を複数の検出器で検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の電子線装置を用いてデバイスを製造する方法であって、
ａ．ウェーハを用意する工程と、
ｂ．ウェーハ・プロセスを実施する工程と、
ｃ．前記工程ｂを経たウェーハを評価する工程と、
ｄ．前記工程ａ〜ｃを必要回数だけ反復する工程と、
ｅ．前記工程ｄ後のウェーハを切断してデバイスに組み立てる工程と、
を具備することを特徴とするデバイス製造方法、
を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電子線装置の若干の実施の形態の構成と動作について図１〜図５を用いて詳述する。なお、これらの図面を通じて、同じ参照数字は同じ又は同様の構成要素を指すものとする。
【００１６】
図１の（Ａ）は、本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態の構成を概略的に示す図である。同図において、電子線装置は、電子銃１、一次電子光学系２、ビーム分離系３、対物光学系４、二次電子光学系５及び二次電子検出系６を備えている。
【００１７】
電子銃１から放出された電子線は、一次電子光学系２における第１のコンデンサ・レンズ１１及び第２のコンデンサ・レンズ１２とによって拡大されて、長方形の成形開口を有する開口板１３を照射する。これによって、断面が長方形の一次ビームが形成される。この長方形断面の一次ビームを成形レンズ１４によってビーム成形し、倍率可変レンズ１５によって拡大率を調整してからビーム分離系３に入射させる。ビーム分離系３は、例えば、静電偏向器１６と電磁偏向器１７とを備えたＥ×Ｂ分離器である。ビーム分離系３に入射した一次ビームはその進行方向を試料Ｗに垂直な方向へと変える。
【００１８】
ビーム分離系３によって進行方向を試料Ｗに垂直な方向へ変更された一次ビームは対物光学系４に入る。対物光学系４は、リング状の開口と一次ビームが通る矩形状の開口とを有するＮＡ開口板１８、ダイナミック・フォーカス用電極１９、高電圧印加電極２０及び対物レンズ電極２１を備えている。ＮＡ開口板１８は、図１の（Ｂ）にその平面図を示すように、同一円周上に配列されてリング状の開口を作る複数個の（図１の（Ｂ）においては４個の）細長い穴１８１、１８２、１８３、１８４と、一次ビームを通過させるための矩形の穴１８５とを有する。ビーム分離系３を通過した長方形断面の一次ビームは矩形の穴１８５を通るよう偏向される。その後、一次ビームはダイナミックフォーカス用電極１９、高電圧印加電極２０及び対物レンズ電極２１によって試料Ｗに合焦され、試料Ｗの試料面を照射する。
【００１９】
断面長方形の一次ビームによって照射された試料Ｗから放出された二次電子は対物レンズ電極２１が作る高電圧によって加速且つ収束されてＮＡ開口板１８の位置で二次電子の光軸と交わり、位置Ｐに拡大像を形成する。このＮＡ開口板１８が設けられた位置は、シミュレーションにより確認されたところによると、コマ収差と倍率色収差との合計が最小になる位置である。従来のＮＡ開口板は１個の円形の穴が形成されたものであったが、空間電荷効果のために像のボケが増加するという問題があった。そこで、本発明においては、二次電子をＮＡ開口板１８のリング状の穴１８１〜１８４により中空状のビームとし、該ビームのみを検出系６の方へ向かわせる。ＮＡ開口板１８の穴１８１〜１８４の幅Ｄは小さいので、二次電子光学系５での球面収差は十分小さい。しかし、このような電子線装置において大きい開口角のビームを利用するので、軸上色収差が大きな問題となり得る。そこで、ビーム分離系３によって一次電子と分離されて検出系６へ向かう中空状の二次電子は二次電子光学系５の複数段（この実施の形態においては４段）の四極子レンズで構成された軸上色収差補正レンズ２２によって軸上色収差の補正がなされる。
【００２０】
軸上色収差補正された二次電子は、軸上色収差補正レンズ２２の像点２３に配置された補助レンズ２４とその下流側に配置された拡大レンズ２５とによって拡大され、更に、その下流側の補助レンズ２６及び拡大レンズ２７によって拡大される。補助レンズ２６は拡大レンズ２７の主面にＮＡ開口板１８のリング状の穴１８１〜１８４の縮小された像を形成する。こうして形成された二次電子像は拡大レンズ２７で拡大され、拡大された像を検出系６のＭＣＰ（マイクロチャンネル・プレート）２８に結像する。検出系６は拡大レンズ２７によって投影された像を用いて試料Ｗの欠陥を評価するのに用いられる。
【００２１】
図２の（Ａ）は、本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、第１の実施の形態と同様に、電子線装置は電子銃１、一次電子光学系２、ビーム走査・分離系３′、対物レンズ４、二次電子光学系５及び二次電子検出系６を備えている。図２において、電子銃１はカソード３１とウェーネルト電極３２とを備え、カソード３１は、図示のとおり、ＬａＢ６単結晶からなる円筒状の材料の一方の端面にリング状のエッジを形成した形状をしている。このため、カソード３１からは断面が中空状の電子線が放出される。ウェーネルト電極３２はカソード３１を取り囲み、該電極には、一次電子光学系２の第１のコンデンサ・レンズ３３との間にクロスオーバー像Ｃ１を形成するような電圧が加えられる。
【００２２】
一次電子光学系２は第１及び第２のコンデンサ・レンズ３３、３４、マルチ開口板３５、縮小レンズ３６及び軸上色収差補正レンズ３７を備えている。電子銃１によって形成されたクロスオーバー像Ｃ１は拡大レンズである第１のコンデンサ・レンズ３３及び第２のコンデンサ・レンズ３４によって２段に拡大され、マルチ開口板３５を一様に照射する。なお、第２のコンデンサ・レンズ３４は、マルチ開口板３５が広く且つ一様に照射されるよう、コンデンサ・レンズ３４のクロスオーバー像Ｃ２がマルチ開口板３５よりも少しコンデンサ・レンズ３４側に来るよう励起を調整される。マルチ開口板３５でマルチビームとされた一次ビームは縮小レンズ３６で縮小され、軸上色収差補正レンズ３７によって負の軸上色収差を有した状態でビーム走査・分離系３′に入る。
【００２３】
ビーム走査・分離系３′は走査偏向器３８と電磁偏向器３９と静電偏向器４０とを備え、負の軸上色収差を持った一次ビームは走査偏向器３８によって進行方向を電磁偏向器３９へ向かうように変更され、更に、電磁偏向器３９によって試料Ｗに垂直に入射するよう進行方向を変えられる。このとき、ビーム走査・分離系３′において一次ビームに偏向色収差が生じる可能性がある。そこで、走査偏向器３８を軸上色収差補正レンズ３７のクロスオーバー像Ｃ３とビーム走査・分離系３′との中点に配置し、走査偏向器３８と電磁偏向器３９とで一次ビームを互いに逆方向に同一角度だけ偏向することによって、偏向色収差を補正するようにしている。上記負の軸上色収差を持ったビームは対物レンズの持つ正の軸上色収差で打ち消され、軸上色収差は補正される。静電偏向器４０は試料上でマルチビームを走査するために使用される。
【００２４】
ここで、図２の（Ｂ）を用いて軸上色収差補正レンズ３７について説明する。この補正レンズ３７はウィーンフィルタとも呼ばれ、端面から放出されたビームを２回集束させるが、クロスオーバー像Ｃ３では非分散となって負の軸上色収差を発生させる。図２の（Ｂ）は補正レンズ３７の断面のうち１／４の部分だけを示している。ここから分かるように、補正レンズ３７は十二極であり、二極子場でウィーン条件を満たさせ、四極子電場・磁場によって軸上色収差を負にするのみでなく、六極子場の電場・磁場を印加することによって負の球面色収差をも発生させることで」、主に対物レンズ４２で生じる球面収差を一部補正することができる。球面収差の方が大きい場合には、球面収差の大部分と軸上色収差の一部を補正するようにしてもよい。
【００２５】
十二極の電極４６はパーマロイＢで作られ、コイル４９に電流を流すことによって二極子、四極子、六極子磁場を発生させる。図中、参照数字４９はパーマロイ製のコアを示しており、４８は各電極を絶縁するためのスペーサである。
【００２６】
ビーム走査・分離系３を通過した一次ビームは対物光学系４におけるＮＡ開口板４１にカソード３１の像を結ぶ。これは、縮小レンズ３６を調整することにより実現される。そのため、ＮＡ開口板４１は中空状のビームを通すのに十分大きな穴を有する。マルチ開口板３５で成形され且つ縮小レンズ３６で縮小されたマルチビームは更に対物レンズ４２によって縮小された後、試料Ｗを照射する。この場合、走査偏向器３８と補助偏向器４０とに走査信号を与えることにより、試料Ｗの試料面上を一次ビームで走査することができる。このときの偏向支点はＮＡ開口板４１の開口位置である。
【００２７】
一次ビームの照射によって試料Ｗから二次ビームがマルチビームとして放出される。放出された二次ビームは、対物レンズ４２の高電圧で加速されてからＮＡ開口板４１の開口を通過し、電磁偏向器３９によって一次ビームから分離されて二次電子光学系５の方へ進行する。二次電子光学系５は複数段（この実施の形態においては２段）の拡大レンズ４３、４４を備え、これらの拡大レンズ４３、４４によって二次ビームは拡大されて検出系６のマルチ検出器４５に結像する。このとき、拡大レンズ４３、４４をズームレンズとすることにより、マルチ検出器４５を構成する複数の検出器相互の間隔と二次ビームをなすマルチビームの像相互の間隔とを正確に一致させることができるばかりでなく、二次ビームが試料Ｗを照射する単位面積即ち画素の寸法を２倍、４倍、１／２倍、１／４倍等に変化させたときにも検出器の間隔を変えることなく二次ビームの検出が可能である。
【００２８】
図３は、本発明に係る電子線装置の第３の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、電子線装置は電子銃１、一次電子光学系２、ビーム走査・分離系３′、対物光学系４及び二次電子検出系６を備えている。
【００２９】
電子銃１は、カソード５１とウェーネルト電極５２とアノード５３を備え、カソード５１は、図示のとおり、ＬａＢ６単結晶からなる円筒状の材料の一方の端面にリング状のナイフエッジを形成するよう研磨された形状をしている。ナイフエッジが作るリングの直径は例えば０．６ｍｍである。これにより、カソード５１から中空状の電子線が放出される。カソード５１の周囲はウェーネルト電極５２によって取り囲まれ、ウェーネルト電極５２は、カソード５１の後方に虚のクロスオーバー像Ｃ４が形成されるよう、カソード５１に対して負にバイアスされる。カソード５１のナイフエッジが形成された端面に対向するウェーネルト電極５２の面は、カソード５１から放出された一次ビームを通過させるための穴が形成された平面状の電極となっている。この穴の直径は例えば３ｍｍであり、カソード５１の先端即ちナイフエッジの先端とウェーネルト電極５２の平面状の電極との間隔は例えば３００μｍである。
【００３０】
電子銃１から出射された一次ビームは、第１の縮小レンズ５４、第２の縮小レンズ５５及び軸上色収差補正レンズ５６を備えた一次電子光学系２によって処理されてビーム走査・分離系３′に入る。これについて詳述すると、虚のクロスオーバー像Ｃ４は第１の縮小レンズ５４及び第２の縮小レンズ５５によって縮小され、第２の縮小レンズ５５はクロスオーバー像Ｃ５を形成する。軸上色収差補正レンズ５６は第１の四極子レンズ５７、第２の四極子レンズ５８、第３の四極子レンズ５９、第４の四極子レンズ６０、第１の四極子磁気レンズ６１及び第２の四極子磁気レンズ６２とを備えており、クロスオーバー像Ｃ５の軸上色収差補正されたクロスオーバー像Ｃ６を形成する。こうしてクロスオーバー像Ｃ６を形成した一次ビームはビーム走査・分離系３′に入る。
【００３１】
ビーム走査・分離系３′は走査偏向器６３、電磁偏向器６４及び静電偏向器６５を備え、一次ビームは走査偏向器６３によって進行方向を変えられ、更に電磁偏向器６４によって試料Ｗに垂直に入射するよう進行方向を変えられる。このとき、ビーム走査・分離系３′によって一次ビームに偏向色収差が生じる可能性がある。そこで、走査偏向器６３を軸上色収差補正レンズ５６のクロスオーバー像Ｃ６とビーム走査・分離系３′との中点に配置し、走査偏向器６３と静電偏向器６５とで一次ビームを互いに逆方向に同一角度だけ偏向することにより偏向色収差を補正するようにしている。
【００３２】
ビーム走査・分離系３′を通過した一次ビームは、対物光学系４のＮＡ開口板６６にカソード５１の像を結ぶ。これは、縮小レンズ５５を調整することにより実現される。カソードの像をＮＡ開口板６６に結像させることにより、ＮＡ開口板６６の位置では一次ビームは中空状になっている。負の軸上色収差を有するクロスオーバーはＮＡ開口板の位置で中空状のビームとなり、対物レンズ６７によって縮小された後、試料Ｗを照射する。このとき、カソード５１の像に対して試料Ｗから見た開口角が例えば１００ｍｒａｄになるよう、一次電子光学系２の設計がなされることが好ましい。この１００ｍｒａｄという開口角は、一次ビームが中実ビームであれば球面収差が問題になるが、本発明においては一次ビームは中空状なのでリング幅が狭ければ、球面収差を無視することができる。
【００３３】
なお、虚のクロスオーバーＣ４は２段の縮小レンズ５４、５５及び対物レンズ６７によって例えば１／１０００程度に縮小される。ここで、走査偏向器６３と静電偏向器６５とに走査信号を与えることにより、試料Ｗの試料面上を一次ビームで走査することができ、このときの偏向支点はＮＡ開口板６６の開口位置である。
【００３４】
一次ビームの照射によって試料Ｗから放出された二次電子は対物レンズ６７の高電圧で加速されてＮＡ開口板６６の開口を通過し、ビーム走査・分離系３′によって一次ビームから分離されて検出系６に入る。検出系６としては例えばＳＥ検出器６８を使用することができる。
【００３５】
以上説明したところから理解されるように、この実施の形態においては、試料Ｗ上でのビームは軸上色収差を補正され、空間電荷効果によるボケも小さいので、大きいビーム電流で小さいビーム径のビームを形成することができる。
【００３６】
次に、本発明に係る電子線装置を用いたデバイス製造方法を説明する。図４は、こうした製造方法の一例を示すフロー図で、この例の製造工程は次の各主工程を含む。なお、各主工程は幾つかのサブ工程からなる。
【００３７】
（１）ウェーハＰ１２を製造する（又はウェーハを準備する）工程Ｐ１１、
（２）露光に使用するマスク（レチクル）Ｐ２２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）Ｐ２１、
（３）必要な加工処理をウェーハＰ１２に対して行うウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３、
（４）ウェーハＰ１２に形成されたチップＰ１５を１個ずつ切り出して動作可能にするチップ組み立て工程Ｐ１４、
（５）チップ組み立て工程Ｐ１４で作られたチップＰ１５を検査するチップ検査工程Ｐ１６。
【００３８】
これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程が、ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３である。この工程は、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。ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３は次の工程を含む。
【００３９】
（イ）絶縁層となる誘電体薄膜や、配線部又は電極部を形成する金属薄膜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）
（ロ）薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程、
（ハ）薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためのマスク（レチクル）Ｐ２２を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程Ｐ２３、
（ニ）イオン・不純物注入・拡散工程、
（ホ）レジスト剥離工程、
（ヘ）さらに加工されたウェーハを検査する検査工程。
なお、ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３は必要な層数だけ繰り返し実施され、設計どおり動作する半導体デバイスＰ１７が製造される。
【００４０】
図４のウェーハ・プロセシング工程Ｐ１３の中核をなすのはリソグラフィー工程Ｐ２３であり、図５はリソグラフィー工程Ｐ２３で実施される工程を示している。すなわち、リソグラフィー工程Ｐ２３は、
（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ティングするレジスト塗布工程Ｐ３１、
（ｂ）レジストを露光する露光工程Ｐ３２、
（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Ｐ３３、
（ｄ）現像されたレジスト・パターンを安定化させるためのアニール工程Ｐ３４、
を含む。
【００４１】
本発明に係る電子線装置を上記（５）のチップ検査工程Ｐ１６に対して用いて欠陥検査を行うと、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を行うことができ、全数検査が可能となるばかりでなく、製品の歩留まりを向上させ、欠陥製品の出荷を防止することが可能になる。なお、以上説明した半導体デバイス製造工程、ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３、リソグラフィー工程Ｐ２３は周知のものであり、それらの工程についての説明は省略する。
【００４２】
以上、本発明に係る電子線装置及び該装置を使用した半導体製造方法について説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、当業者にとって自明なように、種々の修正及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、リング状の開口を有する開口板を設けたことによって一次ビームを中空状に生成したため、空間電荷効果の影響が低減されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（Ａ）は本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＮＡ開口板の平面図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）における軸上色収差補正レンズの構成を説明する図である。
【図３】本発明に係る電子線装置の第３の実施の形態の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る電子線装置を用いた半導体デバイス製造方法の一例を示すフロー図である。
【図５】図４におけるリソグラフィー工程で実施される工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：電子銃、 ２：一次電子光学系、 ３：ビーム分離器、 ３′：ビーム走査・分離系、 ４：対物光学系、 ５：二次電子光学系、 ６：検出系、 Ｗ：試料、
１１、１２：コンデンサ・レンズ、 １３：開口板、 １４：成形レンズ、 １５：倍率可変レンズ、 １６：静電偏向器、 １７：電磁偏向器、 １８：ＮＡ開口板、 １８１〜１８４：リング状開口をなす穴、 １８５：一次ビーム通過穴、 １９：ダイナミック・フォーカス用電極、 ２０：高電圧印加電極、 ２１：対物レンズ電極、 ２２：軸上色収差補正レンズ、 ２３：像点、 ２４：補助レンズ、 ２５：拡大レンズ、 ２６：補助レンズ、 ２７：拡大レンズ、 ２８：ＭＣＰ、
３１：カソード、 ３２：ウェーネルト電極、 ３３、３４：コンデンサ・レンズ、 ３５：マルチ開口板、 ３６：縮小レンズ、 ３７：軸上色収差補正レンズ、 ３８：走査偏向器、 ３９：電磁偏向器、 ４０：静電偏向器、 ４１：ＮＡ開口板、 ４２：対物レンズ、 ４３、４４：拡大レンズ、 ４５：マルチ検出器、
５１：カソード、 ５２：ウェーネルト電極、 ５３：アノード、 ５４、５５：縮小レンズ、 ５６：軸上色収差補正レンズ、 ６３：走査偏向器、 ６４：電磁偏向器、 ６５：静電偏向器、 ６６：ＮＡ開口板、 ６７：対物レンズ、 ６８：ＳＥ検出器。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、最小線幅が０．２μｍ以下のパターンを有する試料の評価を高スループット且つ高信頼性で行うことができる電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの高集積化、パターンの微細化に伴い、高分解能、高スループットの検査装置が要求されている。１００ｎｍデザインルールのウェーハ基板の欠陥を調べるためには、１００ｎｍ以下の線幅を有する配線におけるパターン欠陥やパーティクルの有無、ビアの欠陥及びこれらの電気的欠陥を見る必要があり、したがって１００ｎｍ以下の分解能が必要であり、デバイスの高集積化による製造工程の増加により、検査量が増大するため、高スループットが要求されている。
【０００３】
また、デバイスの多層化が進むにつれて、層間の配線をつなぐビアのコンタクト不良（電気的欠陥）を検出する機能も、検査装置に要求されている。分解能及びコンタクト不良検査の点では、光方式の欠陥検査装置に代わって、電子線を用いた欠陥検査装置が検査装置の主流になると予想される。ただし、電子線方式欠陥検査装置はスループットの点で光方式に劣るという弱点がある。このため、高分解能、高スループット、且つ電気的欠陥検出が可能な電子線式検査装置の開発が要求されている。
【０００４】
光方式での検査装置の分解能は使用する光の波長の１／２が限界であると言われており、実用化されている例での分解能は０．２μｍ程度である。一方、電子線を使用する方式では、走査型電子線方式（ＳＥＭ方式）が実用化されており、分解能は０．１μｍ、検査時間は８時間／枚（２００ｍｍウェーハ）である。電子線方式はまた、電気的欠陥（配線の断線、導通不良、ビアの導通不良等）も検査可能であることが大きな特徴であるが、検査速度が非常に遅く、検査速度の速い欠陥検査装置の開発が期待されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では重要な工程の後、例えばエッチング、成膜又はＣＭＰ（化学機械研磨）平坦化処理後等に使用されている。
【０００６】
電子線を用いた走査（ＳＥＭ）方式の検査装置について説明する。ＳＥＭ方式の検査装置は電子線を細く絞って（このビーム径が分解能に相当する）これを走査してライン状に試料を照射する。一方、ステージを電子線の走査方向に直角の方向に移動させることにより、平面状に観察領域を電子線で照射する。電子線の走査幅は一般に数１００μｍである。前記細く絞られた電子線（一次電子線と呼ぶ）照射により発生した試料からの二次電子を検出器（シンチレータ＋フォトマルチプライヤ（光電子増倍管）又は半導体方式の検出器（ＰＩＮダイオード型）等）で検出する。照射位置の座標と二次電子の量（信号強度）を合成して画像化し、記憶装置に記憶し、あるいはＣＲＴ（ブラウン管）上に画像を出力する。以上はＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の原理であり、この方式で得られた画像から工程途中の半導体（通常はＳｉ）ウェーハの欠陥を検出する。検査速度（スループットに相当する）は一次電子線の量（電流値）、ビーム径及び検出器の応答速度で決まる。ビーム径０．１μｍ（分解能と同じと考えてよい）電流値１００ｎＡ、検出器の応答速度１００ＭＨｚが現在の最高値で、この場合で検査速度は２０ｃｍ径のウェーハ一枚あたり約８時間と言われている。この検査速度が光方式に比べてきわめて遅い（１／２０以下）ことが大きな問題点となっている。特に、ウェーハ上に作られた１００ｎｍ以下のデザイン・ルールのデバイス・パターン、即ち、１００ｎｍ以下の線幅や直径１００ｎｍ以下のビア等の形状欠陥や電気的欠陥の検出及び１００ｎｍ以下のゴミの高速の検出が必要となっている。
【０００７】
上で説明したＳＥＭ方式の検査装置では、上記の検査速度がほぼ限界と考えられており、更に高速にする、すなわちスループットを上げるためには新しい方式が必要である。この必要を満たすために、断面が長方形の電子線を試料に照射し、該試料から放出される二次電子を写像光学系で拡大して検出する電子線装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。また、多極子レンズを設けて軸対称レンズの軸上色収差を補正する電子顕微鏡も公知である（例えば非特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−２１６６９４号公報
【非特許文献１】D. Ioanoviciv, et al., Rev. Sci. Instrum., Vol. 75, No. 11, Nov. 2004。
【０００８】
しかしながら、従来から知られている写像型の電子線装置においては、大電流の一次ビームを流すと、電子間の空間電荷効果に起因して写像のボケが大きくなり、高分解能が得られないという問題があった。
【０００９】
本発明は、こうした問題を解決するために提案されたものであり、本発明は、空間電荷効果に起因する解像度の低下を防止することができる電子線装置及び該装置を用いたデバイス製造方法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】
【００１０】
上記の目的を達成するために、請求項１の発明は、
矩形状の一次ビームを試料に照射し、該試料から放出される二次電子を電子光学系で検出面に拡大投影して検出する電子線装置において、
前記電子光学系に、前記二次電子を中空状のビームに変形するためのリング状開口を有する開口板を設けたことを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【００１１】
請求項２の発明は、前記リング状開口の幅が球面収差を無視し得るほど小さくしたことを特徴とする。
請求項３の発明は、前記電子光学系に、前記二次電子の軸上色収差を補正するための補正レンズを更に設けたことを特徴とする。
【００１２】
また、上記の目的を達成するために、請求項４の発明は、
電子銃から放出された一次ビームを対物光学系を介して試料に照射し、該試料から放出される二次電子を検出する電子線装置において、
前記一次ビームを前記対物光学系を通過する際に中空状のビームに変形して前記試料を照射するとともに、前記二次電子を検出して前記試料の評価を行う評価装置と、
前記一次ビーム又は前記二次電子の軸上色収差を補正する補正レンズと、
を具備することを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【００１３】
請求項５の発明は、前記電子銃のカソードがリング状のエッジを有することを特徴とする。
請求項６の発明は、前記一次ビームをマルチビームに変形して前記試料に照射させるマルチ開口板を備え、前記二次電子を複数の検出器で検出することを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は、
請求項１〜７のいずれか一つに記載の電子線装置を用いてデバイスを製造する方法であって、
ａ．ウェーハを用意する工程と、
ｂ．ウェーハ・プロセスを実施する工程と、
ｃ．前記工程ｂを経たウェーハを評価する工程と、
ｄ．前記工程ａ〜ｃを必要回数だけ反復する工程と、
ｅ．前記工程ｄ後のウェーハを切断してデバイスに組み立てる工程と、
を具備することを特徴とするデバイス製造方法、
を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明に係る電子線装置の若干の実施の形態の構成と動作について図１〜図５を用いて詳述する。なお、これらの図面を通じて、同じ参照数字は同じ又は同様の構成要素を指すものとする。
【００１６】
図１の（Ａ）は、本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態の構成を概略的に示す図である。同図において、電子線装置は、電子銃１、一次電子光学系２、ビーム分離系３、対物光学系４、二次電子光学系５及び二次電子検出系６を備えている。
【００１７】
電子銃１から放出された電子線は、一次電子光学系２における第１のコンデンサ・レンズ１１及び第２のコンデンサ・レンズ１２とによって拡大されて、長方形の成形開口を有する開口板１３を照射する。これによって、断面が長方形の一次ビームが形成される。この長方形断面の一次ビームを成形レンズ１４によってビーム成形し、倍率可変レンズ１５によって拡大率を調整してからビーム分離系３に入射させる。ビーム分離系３は、例えば、静電偏向器１６と電磁偏向器１７とを備えたＥ×Ｂ分離器である。ビーム分離系３に入射した一次ビームはその進行方向を試料Ｗに垂直な方向へと変える。
【００１８】
ビーム分離系３によって進行方向を試料Ｗに垂直な方向へ変更された一次ビームは対物光学系４に入る。対物光学系４は、リング状の開口と一次ビームが通る矩形状の開口とを有するＮＡ開口板１８、ダイナミック・フォーカス用電極１９、高電圧印加電極２０及び対物レンズ電極２１を備えている。ＮＡ開口板１８は、図１の（Ｂ）にその平面図を示すように、同一円周上に配列されてリング状の開口を作る複数個の（図１の（Ｂ）においては４個の）細長い穴１８１、１８２、１８３、１８４と、一次ビームを通過させるための矩形の穴１８５とを有する。ビーム分離系３を通過した長方形断面の一次ビームは矩形の穴１８５を通るよう偏向される。その後、一次ビームはダイナミックフォーカス用電極１９、高電圧印加電極２０及び対物レンズ電極２１によって試料Ｗに合焦され、試料Ｗの試料面を照射する。
【００１９】
断面長方形の一次ビームによって照射された試料Ｗから放出された二次電子は対物レンズ電極２１が作る高電圧によって加速且つ収束されてＮＡ開口板１８の位置で二次電子の光軸と交わり、位置Ｐに拡大像を形成する。このＮＡ開口板１８が設けられた位置は、シミュレーションにより確認されたところによると、コマ収差と倍率色収差との合計が最小になる位置である。従来のＮＡ開口板は１個の円形の穴が形成されたものであったが、空間電荷効果のために像のボケが増加するという問題があった。そこで、本発明においては、二次電子をＮＡ開口板１８のリング状の穴１８１〜１８４により中空状のビームとし、該ビームのみを検出系６の方へ向かわせる。ＮＡ開口板１８の穴１８１〜１８４の幅Ｄは小さいので、二次電子光学系５での球面収差は十分小さい。しかし、このような電子線装置において大きい開口角のビームを利用するので、軸上色収差が大きな問題となり得る。そこで、ビーム分離系３によって一次電子と分離されて検出系６へ向かう中空状の二次電子は二次電子光学系５の複数段（この実施の形態においては４段）の四極子レンズで構成された軸上色収差補正レンズ２２によって軸上色収差の補正がなされる。
【００２０】
軸上色収差補正された二次電子は、軸上色収差補正レンズ２２の像点２３に配置された補助レンズ２４とその下流側に配置された拡大レンズ２５とによって拡大され、更に、その下流側の補助レンズ２６及び拡大レンズ２７によって拡大される。補助レンズ２６は拡大レンズ２７の主面にＮＡ開口板１８のリング状の穴１８１〜１８４の縮小された像を形成する。こうして形成された二次電子像は拡大レンズ２７で拡大され、拡大された像を検出系６のＭＣＰ（マイクロチャンネル・プレート）２８に結像する。検出系６は拡大レンズ２７によって投影された像を用いて試料Ｗの欠陥を評価するのに用いられる。
【００２１】
図２の（Ａ）は、本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、第１の実施の形態と同様に、電子線装置は電子銃１、一次電子光学系２、ビーム走査・分離系３′、対物レンズ４、二次電子光学系５及び二次電子検出系６を備えている。図２において、電子銃１はカソード３１とウェーネルト電極３２とを備え、カソード３１は、図示のとおり、ＬａＢ６単結晶からなる円筒状の材料の一方の端面にリング状のエッジを形成した形状をしている。このため、カソード３１からは断面が中空状の電子線が放出される。ウェーネルト電極３２はカソード３１を取り囲み、該電極には、一次電子光学系２の第１のコンデンサ・レンズ３３との間にクロスオーバー像Ｃ１を形成するような電圧が加えられる。
【００２２】
一次電子光学系２は第１及び第２のコンデンサ・レンズ３３、３４、マルチ開口板３５、縮小レンズ３６及び軸上色収差補正レンズ３７を備えている。電子銃１によって形成されたクロスオーバー像Ｃ１は拡大レンズである第１のコンデンサ・レンズ３３及び第２のコンデンサ・レンズ３４によって２段に拡大され、マルチ開口板３５を一様に照射する。なお、第２のコンデンサ・レンズ３４は、マルチ開口板３５が広く且つ一様に照射されるよう、コンデンサ・レンズ３４のクロスオーバー像Ｃ２がマルチ開口板３５よりも少しコンデンサ・レンズ３４側に来るよう励起を調整される。マルチ開口板３５でマルチビームとされた一次ビームは縮小レンズ３６で縮小され、軸上色収差補正レンズ３７によって負の軸上色収差を有した状態でビーム走査・分離系３′に入る。
【００２３】
ビーム走査・分離系３′は走査偏向器３８と電磁偏向器３９と静電偏向器４０とを備え、負の軸上色収差を持った一次ビームは走査偏向器３８によって進行方向を電磁偏向器３９へ向かうように変更され、更に、電磁偏向器３９によって試料Ｗに垂直に入射するよう進行方向を変えられる。このとき、ビーム走査・分離系３′において一次ビームに偏向色収差が生じる可能性がある。そこで、走査偏向器３８を軸上色収差補正レンズ３７のクロスオーバー像Ｃ３とビーム走査・分離系３′との中点に配置し、走査偏向器３８と電磁偏向器３９とで一次ビームを互いに逆方向に同一角度だけ偏向することによって、偏向色収差を補正するようにしている。上記負の軸上色収差を持ったビームは対物レンズの持つ正の軸上色収差で打ち消され、軸上色収差は補正される。静電偏向器４０は試料上でマルチビームを走査するために使用される。
【００２４】
ここで、図２の（Ｂ）を用いて軸上色収差補正レンズ３７について説明する。この補正レンズ３７はウィーンフィルタとも呼ばれ、端面から放出されたビームを２回集束させるが、クロスオーバー像Ｃ３では非分散となって負の軸上色収差を発生させる。図２の（Ｂ）は補正レンズ３７の断面のうち１／４の部分だけを示している。ここから分かるように、補正レンズ３７は十二極であり、二極子場でウィーン条件を満たさせ、四極子電場・磁場によって軸上色収差を負にするのみでなく、六極子場の電場・磁場を印加することによって負の球面色収差をも発生させることで」、主に対物レンズ４２で生じる球面収差を一部補正することができる。球面収差の方が大きい場合には、球面収差の大部分と軸上色収差の一部を補正するようにしてもよい。
【００２５】
十二極の電極４６はパーマロイＢで作られ、コイル４９に電流を流すことによって二極子、四極子、六極子磁場を発生させる。図中、参照数字４９はパーマロイ製のコアを示しており、４８は各電極を絶縁するためのスペーサである。
【００２６】
ビーム走査・分離系３を通過した一次ビームは対物光学系４におけるＮＡ開口板４１にカソード３１の像を結ぶ。これは、縮小レンズ３６を調整することにより実現される。そのため、ＮＡ開口板４１は中空状のビームを通すのに十分大きな穴を有する。マルチ開口板３５で成形され且つ縮小レンズ３６で縮小されたマルチビームは更に対物レンズ４２によって縮小された後、試料Ｗを照射する。この場合、走査偏向器３８と補助偏向器４０とに走査信号を与えることにより、試料Ｗの試料面上を一次ビームで走査することができる。このときの偏向支点はＮＡ開口板４１の開口位置である。
【００２７】
一次ビームの照射によって試料Ｗから二次ビームがマルチビームとして放出される。放出された二次ビームは、対物レンズ４２の高電圧で加速されてからＮＡ開口板４１の開口を通過し、電磁偏向器３９によって一次ビームから分離されて二次電子光学系５の方へ進行する。二次電子光学系５は複数段（この実施の形態においては２段）の拡大レンズ４３、４４を備え、これらの拡大レンズ４３、４４によって二次ビームは拡大されて検出系６のマルチ検出器４５に結像する。このとき、拡大レンズ４３、４４をズームレンズとすることにより、マルチ検出器４５を構成する複数の検出器相互の間隔と二次ビームをなすマルチビームの像相互の間隔とを正確に一致させることができるばかりでなく、二次ビームが試料Ｗを照射する単位面積即ち画素の寸法を２倍、４倍、１／２倍、１／４倍等に変化させたときにも検出器の間隔を変えることなく二次ビームの検出が可能である。
【００２８】
図３は、本発明に係る電子線装置の第３の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、電子線装置は電子銃１、一次電子光学系２、ビーム走査・分離系３′、対物光学系４及び二次電子検出系６を備えている。
【００２９】
電子銃１は、カソード５１とウェーネルト電極５２とアノード５３を備え、カソード５１は、図示のとおり、ＬａＢ６単結晶からなる円筒状の材料の一方の端面にリング状のナイフエッジを形成するよう研磨された形状をしている。ナイフエッジが作るリングの直径は例えば０．６ｍｍである。これにより、カソード５１から中空状の電子線が放出される。カソード５１の周囲はウェーネルト電極５２によって取り囲まれ、ウェーネルト電極５２は、カソード５１の後方に虚のクロスオーバー像Ｃ４が形成されるよう、カソード５１に対して負にバイアスされる。カソード５１のナイフエッジが形成された端面に対向するウェーネルト電極５２の面は、カソード５１から放出された一次ビームを通過させるための穴が形成された平面状の電極となっている。この穴の直径は例えば３ｍｍであり、カソード５１の先端即ちナイフエッジの先端とウェーネルト電極５２の平面状の電極との間隔は例えば３００μｍである。
【００３０】
電子銃１から出射された一次ビームは、第１の縮小レンズ５４、第２の縮小レンズ５５及び軸上色収差補正レンズ５６を備えた一次電子光学系２によって処理されてビーム走査・分離系３′に入る。これについて詳述すると、虚のクロスオーバー像Ｃ４は第１の縮小レンズ５４及び第２の縮小レンズ５５によって縮小され、第２の縮小レンズ５５はクロスオーバー像Ｃ５を形成する。軸上色収差補正レンズ５６は第１の四極子レンズ５７、第２の四極子レンズ５８、第３の四極子レンズ５９、第４の四極子レンズ６０、第１の四極子磁気レンズ６１及び第２の四極子磁気レンズ６２とを備えており、クロスオーバー像Ｃ５の軸上色収差補正されたクロスオーバー像Ｃ６を形成する。こうしてクロスオーバー像Ｃ６を形成した一次ビームはビーム走査・分離系３′に入る。
【００３１】
ビーム走査・分離系３′は走査偏向器６３、電磁偏向器６４及び静電偏向器６５を備え、一次ビームは走査偏向器６３によって進行方向を変えられ、更に電磁偏向器６４によって試料Ｗに垂直に入射するよう進行方向を変えられる。このとき、ビーム走査・分離系３′によって一次ビームに偏向色収差が生じる可能性がある。そこで、走査偏向器６３を軸上色収差補正レンズ５６のクロスオーバー像Ｃ６とビーム走査・分離系３′との中点に配置し、走査偏向器６３と静電偏向器６５とで一次ビームを互いに逆方向に同一角度だけ偏向することにより偏向色収差を補正するようにしている。
【００３２】
ビーム走査・分離系３′を通過した一次ビームは、対物光学系４のＮＡ開口板６６にカソード５１の像を結ぶ。これは、縮小レンズ５５を調整することにより実現される。カソードの像をＮＡ開口板６６に結像させることにより、ＮＡ開口板６６の位置では一次ビームは中空状になっている。負の軸上色収差を有するクロスオーバーはＮＡ開口板の位置で中空状のビームとなり、対物レンズ６７によって縮小された後、試料Ｗを照射する。このとき、カソード５１の像に対して試料Ｗから見た開口角が例えば１００ｍｒａｄになるよう、一次電子光学系２の設計がなされることが好ましい。この１００ｍｒａｄという開口角は、一次ビームが中実ビームであれば球面収差が問題になるが、本発明においては一次ビームは中空状なのでリング幅が狭ければ、球面収差を無視することができる。
【００３３】
なお、虚のクロスオーバーＣ４は２段の縮小レンズ５４、５５及び対物レンズ６７によって例えば１／１０００程度に縮小される。ここで、走査偏向器６３と静電偏向器６５とに走査信号を与えることにより、試料Ｗの試料面上を一次ビームで走査することができ、このときの偏向支点はＮＡ開口板６６の開口位置である。
【００３４】
一次ビームの照射によって試料Ｗから放出された二次電子は対物レンズ６７の高電圧で加速されてＮＡ開口板６６の開口を通過し、ビーム走査・分離系３′によって一次ビームから分離されて検出系６に入る。検出系６としては例えばＳＥ検出器６８を使用することができる。
【００３５】
以上説明したところから理解されるように、この実施の形態においては、試料Ｗ上でのビームは軸上色収差を補正され、空間電荷効果によるボケも小さいので、大きいビーム電流で小さいビーム径のビームを形成することができる。
【００３６】
次に、本発明に係る電子線装置を用いたデバイス製造方法を説明する。図４は、こうした製造方法の一例を示すフロー図で、この例の製造工程は次の各主工程を含む。なお、各主工程は幾つかのサブ工程からなる。
【００３７】
（１）ウェーハＰ１２を製造する（又はウェーハを準備する）工程Ｐ１１、
（２）露光に使用するマスク（レチクル）Ｐ２２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）Ｐ２１、
（３）必要な加工処理をウェーハＰ１２に対して行うウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３、
（４）ウェーハＰ１２に形成されたチップＰ１５を１個ずつ切り出して動作可能にするチップ組み立て工程Ｐ１４、
（５）チップ組み立て工程Ｐ１４で作られたチップＰ１５を検査するチップ検査工程Ｐ１６。
【００３８】
これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程が、ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３である。この工程は、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。ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３は次の工程を含む。
【００３９】
（イ）絶縁層となる誘電体薄膜や、配線部又は電極部を形成する金属薄膜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）
（ロ）薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程、
（ハ）薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためのマスク（レチクル）Ｐ２２を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程Ｐ２３、
（ニ）イオン・不純物注入・拡散工程、
（ホ）レジスト剥離工程、
（ヘ）さらに加工されたウェーハを検査する検査工程。
なお、ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３は必要な層数だけ繰り返し実施され、設計どおり動作する半導体デバイスＰ１７が製造される。
【００４０】
図４のウェーハ・プロセシング工程Ｐ１３の中核をなすのはリソグラフィー工程Ｐ２３であり、図５はリソグラフィー工程Ｐ２３で実施される工程を示している。すなわち、リソグラフィー工程Ｐ２３は、
（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ティングするレジスト塗布工程Ｐ３１、
（ｂ）レジストを露光する露光工程Ｐ３２、
（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Ｐ３３、
（ｄ）現像されたレジスト・パターンを安定化させるためのアニール工程Ｐ３４、
を含む。
【００４１】
本発明に係る電子線装置を上記（５）のチップ検査工程Ｐ１６に対して用いて欠陥検査を行うと、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を行うことができ、全数検査が可能となるばかりでなく、製品の歩留まりを向上させ、欠陥製品の出荷を防止することが可能になる。なお、以上説明した半導体デバイス製造工程、ウェーハ・プロセッシング工程Ｐ１３、リソグラフィー工程Ｐ２３は周知のものであり、それらの工程についての説明は省略する。
【００４２】
以上、本発明に係る電子線装置及び該装置を使用した半導体製造方法について説明してきたが、本発明はこれらの実施の形態に限定されるものではなく、当業者にとって自明なように、種々の修正及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、リング状の開口を有する開口板を設けたことによって一次ビームを中空状に生成したため、空間電荷効果の影響が低減されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】（Ａ）は本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）におけるＮＡ開口板の平面図である。
【図２】（Ａ）は本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態の構成を概略的に示す図であり、（Ｂ）は（Ａ）における軸上色収差補正レンズの構成を説明する図である。
【図３】本発明に係る電子線装置の第３の実施の形態の構成を概略的に示す図である。
【図４】本発明に係る電子線装置を用いた半導体デバイス製造方法の一例を示すフロー図である。
【図５】図４におけるリソグラフィー工程で実施される工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１：電子銃、 ２：一次電子光学系、 ３：ビーム分離器、 ３′：ビーム走査・分離系、 ４：対物光学系、 ５：二次電子光学系、 ６：検出系、 Ｗ：試料、
１１、１２：コンデンサ・レンズ、 １３：開口板、 １４：成形レンズ、 １５：倍率可変レンズ、 １６：静電偏向器、 １７：電磁偏向器、 １８：ＮＡ開口板、 １８１〜１８４：リング状開口をなす穴、 １８５：一次ビーム通過穴、 １９：ダイナミック・フォーカス用電極、 ２０：高電圧印加電極、 ２１：対物レンズ電極、 ２２：軸上色収差補正レンズ、 ２３：像点、 ２４：補助レンズ、 ２５：拡大レンズ、 ２６：補助レンズ、 ２７：拡大レンズ、 ２８：ＭＣＰ、
３１：カソード、 ３２：ウェーネルト電極、 ３３、３４：コンデンサ・レンズ、 ３５：マルチ開口板、 ３６：縮小レンズ、 ３７：軸上色収差補正レンズ、 ３８：走査偏向器、 ３９：電磁偏向器、 ４０：静電偏向器、 ４１：ＮＡ開口板、 ４２：対物レンズ、 ４３、４４：拡大レンズ、 ４５：マルチ検出器、
５１：カソード、 ５２：ウェーネルト電極、 ５３：アノード、 ５４、５５：縮小レンズ、 ５６：軸上色収差補正レンズ、 ６３：走査偏向器、 ６４：電磁偏向器、 ６５：静電偏向器、 ６６：ＮＡ開口板、 ６７：対物レンズ、 ６８：ＳＥ検出器。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
矩形状の一次ビームを試料に照射し、該試料から放出される二次電子を電子光学系で検出面に拡大投影して検出する電子線装置において、
前記電子光学系に、前記二次電子を中空状のビームに変形するためのリング状開口を有する開口板を設けたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記リング状開口の幅が球面収差を無視し得るほど小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
前記電子光学系が、前記二次電子の軸上色収差を補正するための補正レンズを更に備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子線装置。
【請求項４】
電子銃から放出された一次ビームを対物光学系を介して試料に照射し、該試料から放出される二次電子を検出する電子線装置において、
前記一次ビームを前記対物光学系を通過する際に中空状のビームに変形して前記試料を照射するとともに、前記二次電子を検出して前記試料の評価を行う評価装置と、
前記一次ビーム又は前記二次電子の軸上色収差を補正する補正レンズと、
を具備することを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
前記電子銃のカソードが、リング状のエッジを有するカソードを備えることを特徴とする、請求項４に記載の電子線装置。
【請求項６】
前記一次ビームをマルチビームに変形して前記試料に照射させるマルチ開口板を更に備え、前記二次電子を複数の検出器で検出することを特徴とする、請求項４又は５に記載の電子線装置。
【請求項７】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の電子線装置を用いてデバイスを製造する方法であって、
ａ．ウェーハを用意する工程と、
ｂ．ウェーハ・プロセスを実施する工程と、
ｃ．前記工程ｂを経たウェーハを評価する工程と、
ｄ．前記工程ａ〜ｃを必要回数だけ反復する工程と、
ｅ．前記工程ｄ後のウェーハを切断してデバイスに組み立てる工程と、
を具備することを特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１】
矩形状の一次ビームを試料に照射し、該試料から放出される二次電子を電子光学系で検出面に拡大投影して検出する電子線装置において、
前記電子光学系に、前記二次電子を中空状のビームに変形するためのリング状開口を有する開口板を設けたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
前記リング状開口の幅が球面収差を無視し得るほど小さいことを特徴とする、請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】
前記電子光学系が、前記二次電子の軸上色収差を補正するための補正レンズを更に備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の電子線装置。
【請求項４】
電子銃から放出された一次ビームを対物光学系を介して試料に照射し、該試料から放出される二次電子を検出する電子線装置において、
前記一次ビームを前記対物光学系を通過する際に中空状のビームに変形して前記試料を照射するとともに、前記二次電子を検出して前記試料の評価を行う評価装置と、
前記一次ビーム又は前記二次電子の軸上色収差を補正する補正レンズと、
を具備することを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
前記電子銃のカソードが、リング状のエッジを有するカソードを備えることを特徴とする、請求項４に記載の電子線装置。
【請求項６】
前記一次ビームをマルチビームに変形して前記試料に照射させるマルチ開口板を更に備え、前記二次電子を複数の検出器で検出することを特徴とする、請求項４又は５に記載の電子線装置。
【請求項７】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の電子線装置を用いてデバイスを製造する方法であって、
ａ．ウェーハを用意する工程と、
ｂ．ウェーハ・プロセスを実施する工程と、
ｃ．前記工程ｂを経たウェーハを評価する工程と、
ｄ．前記工程ａ〜ｃを必要回数だけ反復する工程と、
ｅ．前記工程ｄ後のウェーハを切断してデバイスに組み立てる工程と、
を具備することを特徴とするデバイス製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−２７８０２８（Ｐ２００６−２７８０２８Ａ）
【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２００５−９２２９７（Ｐ２００５−９２２９７）
【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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