JP2003031171A

JP2003031171A - 電子線装置及び該電子線装置を用いたデバイス製造方法

Info

Publication number: JP2003031171A
Application number: JP2001217858A
Authority: JP
Inventors: Muneki Hamashima; 宗樹浜島; Mamoru Nakasuji; 護中筋; Takao Kato; 隆男加藤; Shinji Nomichi; 伸治野路; Toru Satake; 徹佐竹
Original assignee: Ebara Corp; Nikon Corp
Current assignee: Ebara Corp; Nikon Corp
Priority date: 2001-07-18
Filing date: 2001-07-18
Publication date: 2003-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】単一のカソードの電子銃でマルチビームを得
ることができる電子線装置と、この電子線装置を用いた
デバイス製造方法を得る。【解決手段】複数の突起を有するカソード６３から放
出された電子線を開口板３の複数の開口に照射し、この
開口を通過した電子線を試料８に縮小投影する電子線装
置において、開口板３の複数の開口は、単結晶Ｓｉ板２
１をエッチングして成形されている。開口板３の複数の
開口は、単結晶Ｓｉ板を金属コーティングして成形する
ことができ、開口板３には、θ方向の位置決めのための
長方形または正方形のノック穴が設けられているか、あ
るいは、開口板３の複数の開口の外形は、Ｘ軸またはＹ
軸に対して平行な辺を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線装置に関
し、特に最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有するウ
ェーハあるいはマスクなどの試料の評価を高スループッ
ト、高信頼性で行うことができる電子線装置に関する。
さらにそのような装置を用いてプロセス途中のウェーハ
を評価することによる歩留まり向上を目指したデバイス
製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、試料の欠陥等を検査する電子線装
置では、ＴＦＥ電子銃を使用してビーム電流を大きく
し、小径に絞ったビームで試料上を走査し、二次電子を
検出する電子線装置が主流であった。また、近年では、
複数のビームで試料を照射する、いわゆるマルチビーム
を用いた電子線装置も提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来におけるマルチビ
ームを用いた電子線装置においては、マルチエミッタを
用いてマルチビームを得ているが、このマルチエミッタ
は、１個のエミッタでもエミッションを出力しなくなる
と、装置全体が機能しなくなるという問題がある。

【０００４】本発明は、上述のような従来技術の問題点
に鑑みてなされたものであり、単一のカソードの電子銃
でマルチビームを得ることができる電子線装置と、この
電子線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。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、複数の突起を
有するカソードから放出された電子線を開口板の複数の
開口に照射し、該開口を通過した電子線を試料に縮小投
影する電子線装置において、上記開口板の複数の開口
は、単結晶Ｓｉ板をエッチングして成形されていること
を特徴とする電子線装置を提供する。

【０００６】上記開口板の複数の開口は、単結晶Ｓｉ板
を金属コーティングして成形することができる。また、
上記開口板には、θ方向の位置決めのための長方形また
は正方形のノック穴を設けることができるし、あるい
は、上記開口板の複数の開口の外形は、Ｘ軸またはＹ軸
に対して平行な辺を有することができる。また、上記開
口板の複数の開口は、正方形にすることができる。

【０００７】さらに、本発明は、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用いて、加工中又は完
成品のウェーハを評価することを特徴とするデバイス製
造方法を提供する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、本発明にかかる電子線装置
の実施の形態について図面を参照しながら述べる。図１
（Ａ）において、電子線源としての電子銃１のカソード
６３から放出された電子線は、コンデンサ・レンズ２に
よって集束されて点４においてクロスオーバを形成す
る。コンデンサ・レンズ２の下方には、複数の開口を有
する第１のマルチ開口板３が配置され、電子銃１から放
出された電子線を第１のマルチ開口板３に照射すること
によって、光軸６０の周りに複数の一次電子線５０（荷
電粒子ビーム）が形成される。このように、本実施の形
態においては、電子銃１と第１のマルチ開口板３とによ
って、光軸６０の周りに複数の一次電子線５０を形成す
る電子線形成手段が構成されている。

【０００９】第１のマルチ開口板３によって形成された
複数の一次電子線５０のそれぞれは、縮小レンズ５によ
って縮小されて点１５に投影される。点１５で合焦した
後、対物レンズ７によって試料８に合焦されて、入射さ
れる。すなわち、第１のマルチ開口板３の開口を通過し
た一次電子線５０のそれぞれは、試料８に縮小投影され
る。第１のマルチ開口板３から出た複数の一次電子線５
０は、縮小レンズ５と対物レンズ７との間に配置された
走査手段としての偏向器１９により、同時に試料８の面
上を走査するよう偏向される。なお、複数の一次電子線
５０の走査は、偏向器１９と後述するＥ×Ｂ分離器とを
用いて行っても良い。

【００１０】縮小レンズ５及び対物レンズ７の像面湾曲
収差の影響を無くすため、図１（Ｂ）に示すように、マ
ルチ開口板３には、９つの小開口が円周方向に沿って配
置されており、そのＹ方向への投影したものは等間隔と
なる構造となっている。マルチ開口板３の小開口を通過
した一次電子線５０は、小開口の配置構造にしたがっ
て、円周方向に沿った９つのビームとなる。上記小開口
は、円周方向に配置する必要はかならずしもなく、直線
方向に沿って配置してもよい。また、小開口の数は、９
つでなくてもよく、少なくとも２つあればよい。

【００１１】合焦された複数の一次電子線５０によっ
て、試料８上では複数の点が照射される。照射されたこ
れらの複数の点から発生して放出される二次電子線（二
次電子ビーム）は、対物レンズ７の電界に引かれて細く
集束され、対物レンズ７を通過した後、分離手段として
のＥ×Ｂ分離器６で偏向され、これによって、一次電子
線５０を試料８に照射するための一次光学系から離れ
て、二次光学系に投入される。二次電子像は点１５より
対物レンズ７に近い点１６に焦点を結ぶ。これは、各一
次電子線５０は試料面上で５００ｅＶのエネルギーを持
っているのに対して、二次電子線は数ｅＶのエネルギー
しか持っていないためである。

【００１２】なお、図１（Ａ）において、符号１７は軸
合わせ偏向器を示しており、符号１８は軸対称電極を示
している。また、複数の一次電子線５０を回転させるこ
とができる回転レンズ６２を、電子線形成手段の一部を
構成するマルチ開口板３と分離手段としてのＥ×Ｂ分離
器６との間に設けるようにしてもよい。より具体的に説
明すると、回転レンズ６２は、点４の近傍に設けること
ができる。回転レンズ６２は、回転レンズ６２のコイル
に流す励磁電流の強さに応じて複数の一次電子線５０を
光軸の回りに回転させることができる。

【００１３】二次光学系は、少なくとも一段のレンズを
構成する拡大レンズ９，６１を有しており、二次光学系
に投入後、これらの拡大レンズ９，６１を通過した二次
電子線は、ビーム間隔が拡大され、第２マルチ開口板１
１の複数の開口を通過し、検出手段としての複数の検出
器１２に導かれ、これら複数の検出器１２によって検出
される。第２マルチ開口板１１は検出器１２の前に配置
されている。第２マルチ開口板１１の複数の開口は、第
２マルチ開口板１１の円周方向に沿って形成されてお
り、図１（Ｂ）に示すように、第１のマルチ開口板３に
形成された複数の小開口と一対一に対応している。

【００１４】各検出器１２は、結像された二次電子線
を、その強度を表す電気信号（二次電子線の検出信号）
へ変換する。こうした各検出器１２から出力された電気
信号は、増幅器１３によってそれぞれ増幅された後、画
像処理部１４によって受信され、画像データへ変換され
る。画像処理部１４には、偏向器１９に与えられた一次
電子線５０を偏向させるための走査信号がさらに供給さ
れる。画像処理部１４は、走査信号と電気信号とから上
記画像データを合成して、試料８の被走査面を表す画像
を構成ないしは表示することができる。

【００１５】この画像データを、欠陥の存在しない試料
の基準画像データ（標準パターン）と比較することによ
り、試料８を評価、例えば、試料８の欠陥を検出するこ
とができる。また、レジストレーション（校正）により
試料８の被測定パターンを一次光学系の光軸６０の近く
へ移動させ、ラインスキャンすることによって線幅評価
信号を取り出し、これを適宜に校正することにより、試
料８上のパターンの線幅を測定することができる。

【００１６】ここで、第１のマルチ開口板３の開口を通
過した一次電子線５０を試料８の面上に合焦させ、試料
８から放出された二次電子線を検出器１２に結像させる
際、一次光学系で生じる歪み、軸上色収差及び視野非点
という３つの収差による影響を最小にするよう特に配慮
する必要がある。

【００１７】次に、複数の一次電子線の間隔と、二次光
学系との関係については、一次電子線の間隔を、２次光
学系の収差よりも大きい距離だけ離せば複数のビーム間
のクロストークを無くすことができる。

【００１８】次に、本発明の特徴である第１のマルチ開
口板３の複数の開口について説明する。図２には、第１
のマルチ開口板３の複数の開口を成形する工程を示して
いる。図２（１）に示すように、符号２１は、厚さが１
ｍｍで、表面の方位が（１００）の単結晶Ｓｉ板（ウェ
ーハ）を示している。この単結晶Ｓｉ板２１は、両面が
研磨されていて、この両面には、図２（２）に示すよう
に窒化膜２２が１００ｎｍ付けられている。次に、図２
（３）に示すように、単結晶Ｓｉ板２１の上面のみにダ
イヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）２３を１μｍ成長
させ、図２（４）に示すように、ダイヤモンドライクカ
ーボン膜２３の上にレジスト膜２４を塗布し、図２
（５）に示すように、露光、現像処理を行って、レジス
ト膜２４に開口２５を形成する。次に、図２（６）に示
すように、ダイヤモンドライクカーボン膜２３及び窒化
膜２２に対して穴開け処理を行って、開口２５と同径の
開口２６を形成すると共に、下面の窒化膜２２を除去す
る。次に、図２（７）に示すように、異方性エッチング
によって、単結晶Ｓｉ板２１の開口２６の周辺２７のみ
を除去加工し、この除去加工後に、表面全体にＰｔ（白
金）をスパッタ法により金属コーティングしてＰｔ膜２
８を形成する。

【００１９】このように、第１のマルチ開口板３の複数
の開口は、単結晶Ｓｉ板２１をエッチングして成形され
ているため、機械加工や放電加工では直径が５μｍ程度
の開口を成形するのが限界であるが、直径が０．５μｍ
又は０．５μｍ角程度の小さな開口を容易に成形するこ
とができる。従って、第１のマルチ開口板３の複数の開
口から試料８までの電子光学系の縮小率を１／１００に
すれば、５０ｎｍ程度のビームを形成することができ
る。また、直径が５μｍ又は５μｍ角程度の開口を、ば
らつき精度が少なく、９個あるいはそれ以上形成するこ
とができるため、電子光学系の縮小率をあまり小さくし
なくても１００ｎｍ径以下のビームを容易に形成するこ
とができる。また、第１のマルチ開口板３の開口の上記
寸法が０．５μｍ以上の場合には、ダイヤモンドライク
カーボン膜２３を付けず、異方性エッチングのみの加工
でもよい。

【００２０】また、第１のマルチ開口板３の複数の開口
の形状を正方形等の角形状にすることにより、丸形状に
比べて４／π≒１．２７で２７％程度の同じ寸法のビー
ムでビーム電流を大きくすることができる。また、９本
のビームのビーム電流値を略同じ値にすることができる
ので、高精度な評価を行うことができる。

【００２１】また、上記実施の形態では、第１のマルチ
開口板３の開口は、図１（Ｂ）に示すように、９つの開
口が形成されており、これらをＹ方向へ投影したもの
は、等間隔となっているが、Ｙ軸方向に対して回転方向
であるθ方向がずれていると、９つの開口をＹ方向へ投
影したものは、等間隔にならない。従って、このずれを
防止するために、第１のマルチ開口板３に、回転方向で
あるθ方向の位置決めのための長方形あるいは正方形の
ノック穴３２を図３に示したように設けてもよい。ある
いは、図３に示すように複数の開口３１を有する第１の
マルチ開口板３’の外形を、Ｘ軸またはＹ軸に対して平
行な辺３４，３３を有する長方形形状の外形にすること
により、上記ずれを防止することができる。また、これ
によって、第１のマルチ開口板３の開口を電子線装置の
Ｙ軸と精度良く合わせることができるので、ビームを試
料上で回転させる回転レンズ等を設ける必要がなく、装
置全体を小型化することができる。

【００２２】次に、図４及び図５を参照して、上記実施
の形態で示した電子線装置により半導体デバイスを製造
する方法の実施の形態について説明する。図３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１００）（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１
０１）（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１０２）（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１
０３）（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１０４）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。

【００２３】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）この薄膜層を形成する別の手段であるウェーハ基
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。

【００２４】図５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
２００）（ｂ）レジストを露光する工程（ステップ２０１）（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２０２）（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２０３）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。

【００２５】上記（Ｇ）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。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、カソードから放出され
た電子線を開口板の複数の開口に照射し、該開口を通過
した電子線を試料に縮小投影する電子線装置において、
上記開口板の複数の開口は、単結晶Ｓｉ板をエッチング
して成形されているため、単一のカソードの電子銃でマ
ルチビームを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明にかかる電子線装置の実施の形
態を示す概略構成図である。

【図２】図２は、開口板の複数の開口を成形する工程を
示す工程図である。

【図３】図３は、開口板を示す正面図である。

【図４】図４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５】図５は、図４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】

１電子銃２コンデンサ・レンズ３第１のマルチ開口板５縮小レンズ６Ｅ×Ｂ分離器７対物レンズ８試料９拡大レンズ１１第２マルチ開口板１２検出器１３増幅器１４画像処理部１８軸対称電極１９偏向器２１単結晶Ｓｉ板（ウェーハ）２２窒化膜２３ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）２４レジスト膜２５開口２６開口２８Ｐｔ膜５０一次電子線６０光軸６１拡大レンズ６２回転レンズ６３カソード

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｈ０１Ｊ 9/14 Ｈ０１Ｊ 9/14 ＡＨ０１Ｌ 21/66 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｊ (72)発明者中筋護東京都大田区羽田旭町11番１号荏原マイスター株式会社内 (72)発明者加藤隆男東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者野路伸治東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内 (72)発明者佐竹徹東京都大田区羽田旭町11番１号株式会社荏原製作所内Ｆターム(参考） 4M106 AA01 BA02 CA39 DB05 5C033 BB02 BB08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】カソードから放出された電子線を開口板
の複数の開口に照射し、該開口を通過した電子線を試料
に縮小投影する電子線装置において、上記開口板の複数の開口は、単結晶Ｓｉ板をエッチング
して成形されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】上記開口板の複数の開口は、単結晶Ｓｉ
板を金属コーティングして成形されていることを特徴と
する請求項１に記載の電子線装置。
【請求項３】上記開口板には、θ方向の位置決めのた
めの長方形または正方形のノック穴が設けられている、
あるいは、上記開口板の複数の開口の外形は、Ｘ軸また
はＹ軸に対して平行な辺を有していることを特徴とする
請求項１に記載の電子線装置。
【請求項４】上記開口板の複数の開口は、正方形であ
ることを特徴とする請求項１に記載の電子線装置。
【請求項５】請求項１ないし４のいずれか１項に記載
の電子線装置を用いて、加工中又は完成品のウェーハを評価することを特徴とす
るデバイス製造方法。