JP3980404B2

JP3980404B2 - Electron beam apparatus and device manufacturing method using the apparatus

Info

Publication number: JP3980404B2
Application number: JP2002139941A
Authority: JP
Inventors: 護中筋; 隆男加藤; 徹佐竹; 拓司曽布川
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-05-15
Filing date: 2002-05-15
Publication date: 2007-09-26
Anticipated expiration: 2022-05-15
Also published as: JP2003331763A

Description

【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（ｃｈａｒｇｅｕｐ）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Ｓ_iＯ₂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Ｉ_bとしたとき、試料電流が持つショット雑音電流
【００１３】

【００１４】
が
【００１５】

【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】

【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】

【００５３】
【数３】

【００５４】
【数４】

【００５５】
【数５】

【００５６】
ここで、i_n ²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）
Ｉ_b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Ｉ_b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
６２ＮＡ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７２Ｅ×Ｂ分離器
７４対物レンズ７６静電偏向器
７８電磁偏向器
８０ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）
８２アノード８４Ａ／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）
１０４ｘ方向ステージ１０６ｙ方向ステージ
１０８ベース１１０ｘ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１１４ｙ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
２２５ＣＲＴ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[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an electron beam apparatus that evaluates a sample without charging up the sample with an insulating film on the surface or in a state where the influence of charging is small. Moreover, it is related with the device manufacturing method which evaluates the wafer in the middle of a process using such an electron beam apparatus.
[0002]
[Prior art]
In this type of technical field, in an electron beam apparatus using an FE (field emission) electron gun or a Schottky cathode electron gun, the number of secondary electrons detected per pixel is 4050 in order to accurately perform defect inspection. This is necessary. Therefore, it has been necessary to irradiate the sample surface with a large primary electron beam. However, when a primary electron beam with a large value is used, S on the sample surface_iO₂When inspecting a defect of a sample with an insulating film such as silicon nitride or silicon nitride, the insulating film was charged, and a faithful secondary electron image could not be obtained. Therefore, in the prior art, the defect of the sample is evaluated after the charged state is eliminated by applying an electron shower to the sample surface with a flood gun or the like.
[0003]
In addition, a laser interferometer was exclusively used to measure the relative position of the sample stage and the electron optical system. Therefore, a process of performing registration or alignment operation before evaluating a sample such as a wafer and then proceeding to evaluation has been taken.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
As has been said in the past, when 4050 or more secondary electron detections per pixel are required, the primary beam current value is increased and the pixel time (time for irradiating the primary electron beam per pixel) is increased. Therefore, there is a problem that it takes a long time for evaluation.
[0005]
Furthermore, the apparatus that requires an electronic shower has a problem in that the structure is complicated and the actual effect is not so great.
Further, the laser interferometer is very expensive, and there is a problem that it takes a long time to install and adjust. Furthermore, when a laser interferometer is used, registration and alignment take a long time, and when only a small area of the sample surface is evaluated, there is a problem that the time required for registration and alignment exceeds the evaluation time.
[0006]
The present invention has been made in view of the above problems, and by reducing shot noise, the number of secondary electrons detected per pixel can be reduced even if the current value of the primary electron beam applied to the sample surface is small. Required number (4050Γ²(Γ²<1) An object of the present invention is to provide an electron beam apparatus that can shorten the pixel time and can evaluate a sample in a short time by ensuring the above.
[0007]
In addition, since the dose (current value x irradiation time) of the primary electron beam that irradiates the sample surface can be reduced, the possibility that electrons are charged in the insulating film on the sample surface is reduced, which requires an electron shower. An object is to provide a device that loses its properties.
[0008]
It is another object of the present invention to provide an apparatus capable of starting evaluation by selecting a stage position measuring instrument that is inexpensive and easy to install and adjust, and that can be started only with very simple measurement.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
For this reason, in the present invention, an electron beam apparatus for detecting a secondary electron from a sample and evaluating the sample,
An electron gun having a thermionic emission cathode, a Wehnelt disposed around the thermionic emission cathode, and an anode disposed downstream of the thermionic emission cathode;
An irradiation system for forming a primary electron beam emitted from the electron gun into a thin lens system, irradiating the sample with the formed primary electron beam and scanning the sample surface with the primary electron beam;
A detection system for detecting secondary electrons emitted from the sample;
An image forming apparatus that performs image processing on secondary electrons detected by the detection system in order to inspect defects of the sample;
An insulator that insulates the anode from ground;
A voltage supply device for applying a changing voltage to the anode;
An electron beam apparatus for evaluating axial alignment between the cathode and Wehnelt and the anode based on an output from the image forming apparatus when a voltage applied to the anode is changed by the voltage supply apparatus. Is to provide.
[0010]
In the electron beam apparatus,
Furthermore, an adjustment device that can finely adjust any one of the Wehnelt, the anode, or the cathode and the Wehnelt pair in a direction orthogonal to the optical axis of the electron beam apparatus can be provided.
[0011]
The anode has an anode hole that allows passage of a primary electron beam emitted from the cathode;
The diameter of the anode hole preferably has a size that is four times or more the primary electron beam diameter. Alternatively, the diameter of the anode hole is preferably sized so that the electron gun current flowing through the anode is almost zero.
[0012]
In the present invention, the operating condition of the electron gun is the space charge limiting condition, and the sample current flowing in the sample is expressed as I_bThe shot noise current of the sample current
[0013]

[0014]
But
[0015]

[0016]
However, e = 1.6 × 10^-19c
Γ <1,
Δf = frequency band for measuring shot noise
The electron beam apparatus represented by these is provided.
[0017]
In the present invention, the primary electron beam emitted from the electron gun is narrowed down with a lens system to form a narrowed primary electron beam, and the sample surface is scanned with the narrowed primary electron beam, In the electron beam apparatus for detecting the secondary electrons emitted from the sample and evaluating the sample surface,
A magnescale or a laser scale provided on a sample stage for supporting the sample;
The present invention provides an electron beam apparatus comprising: a control device that calculates a position of a sample scanned with the primary electron beam based on a signal from the magnescale or laser scale.
[0018]
In the present invention, the primary electron beam emitted from the electron gun is narrowed down with a lens system to form a narrowed primary electron beam, and the sample surface is scanned with the narrowed primary electron beam, In the electron beam apparatus for detecting the secondary electrons emitted from the sample and evaluating the sample surface,
At least three capacitive sensors disposed around a sample stage supporting the sample;
Based on an output value from the capacitance sensor, a control unit that calculates a deviation value from a reference value of the center position of the sample and a deviation value from a reference value of the rotation posture of the sample;
An electron beam apparatus comprising: a moving device that moves the sample stage based on a deviation value from the control unit so that a center position and a rotation posture of the sample are calibrated. The deviation value from the reference value of the rotation posture of the sample can be detected by at least one capacitance sensor in a notch formed in the peripheral portion of the sample. In the electron beam apparatus, a detection system for detecting secondary electrons emitted from the sample, a pattern of one die at an arbitrary position of the sample detected by the detection system, and a pattern of another die Alignment software or an apparatus for aligning coordinate position deviations, and an inspection apparatus for inspecting a defect of a sample by comparing a pattern of one die and a pattern of another die matched by the alignment software or apparatus. be able to.
[0019]
Moreover, this invention provides the device manufacturing method which evaluates the wafer in the middle of a process using the said electron beam apparatus.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
The electron beam apparatus according to an embodiment of the present invention shown in FIG. 1 irradiates a sample 16 with a primary electron beam 12 from an electron gun 10 through an irradiation system 14 and detects secondary electrons 18 from the sample 16. It is detected by the system 20 and the sample 16 is evaluated.
[0021]
In FIG. 1, the plane of the paper is parallel to a plane composed of the x-axis and the z-axis, and the y-axis is perpendicular to the plane of the paper.
The electron beam apparatus includes an electron gun 10 that emits a primary electron beam 12. The electron gun 10 is a thermoelectron source type that emits electrons by heating a cathode as an electron emission material, and the space charge limiting condition (the cathode temperature is raised to a certain level or more and the amount of emitted electron beams is increased). Is preferably operated under the condition that the temperature is hardly influenced by the temperature of the cathode.
[0022]
The electron gun 10 includes a thermionic emission type cathode 22, a Wehnelt 24 disposed around the cathode 22, and an anode 26 disposed on the downstream side of the cathode 22. A pair of heaters 28 for heating the cathode 22 is disposed on both sides of the cathode 22. A pair of columnar electrodes 30 for allowing the cathode 22 and the heater 28 to be energized and for supporting the cathode 22 and the heater 28 are attached to an insulating spacer 32 provided in the Wehnelt 24.
[0023]
The cathode 22 has a cone angle of 90 °, and the radius of curvature at the tip is 30 μmR. The cathode 22 is made of lanthanum hexaboride (LaB₆) It consists of a single crystal.
[0024]
The electron gun 10 is provided with a plurality of annularly shaped shields 34. If such a shield is not provided, an insulator (for example, an insulating spacer 32 or an insulator 36 to be described later) disposed on the upstream side of the anode 26 of the electron gun is charged and becomes a noise source, far exceeding the original shot noise. This is because a large noise may be generated.
[0025]
The Wehnelt 24 is attached to a support portion 40 extending from the electron gun chamber side wall 38 into the electron gun chamber via an insulator 36 attached around the Wehnelt 24. A pair of

screws

42 and 44 are screwed into the electron gun chamber side wall 38 at opposing positions. The

screws

42 and 44 have their

tips

42a and 44a projecting into the electron gun chamber, and the Wehnelt 24 is sandwiched between the

tips

42a and 44a. Further, the inclination of the cathode 22 with respect to the anode 26 can be finely adjusted by

screws

42 and 44. For example, by reducing the protruding amount of the screw 42 and increasing the protruding amount of the screw 44, the Wehnelt upstream end 24a can be moved to the right side in FIG. 1, and the Wehnelt downstream end 24b can be moved to the left side in FIG. . Thus, by finely adjusting the inclination of the cathode 22 with the

screws

42 and 44, the primary electron beam emitted from the cathode 22 can be aligned with the reference central axis (in other words, the optical axis).
[0026]
The anode 26 has an anode hole 27 that allows passage of the primary electron beam 12 emitted from the cathode 22, and is attached to the electron gun chamber bottom wall 48 via an insulator 46. As a result, the anode 26 is insulated from the grounded electron gun chamber bottom wall 48. The anode 26 is connected to a voltage source 52 that applies a desired voltage to the anode 26 via a conductor 50 that passes through an insulator 46. Further, a wobbler signal supply device 54 for supplying a wobbler signal is connected to the conducting wire 50. In this way, the voltage source 52 and the wobbler signal supply device 54 constitute the voltage supply device 56 that applies a voltage that changes to the anode 26, and a voltage that periodically changes can be applied to the anode 26. ing. Then, based on the output from the image forming apparatus 86 described later when the voltage supplied to the anode 26 by the voltage supply device 56 is periodically changed, the axial alignment between the cathode and the Wehnelt and the anode is evaluated. When this axial alignment is not preferable, this axial alignment can be performed by using the

screws

42 and 44 described above.
[0027]
In the present embodiment, the electron gun 10 is used in a space charge limiting condition, that is, a space charge limiting region (a condition or region in which the cathode temperature is increased to a certain level and the electron beam emission amount is not affected by the cathode temperature). ing. Therefore, in the vicinity of the cathode 22, 0. A virtual cathode (which is an electron barrier whose potential is lower than that of the cathode 22 and is called a virtual cathode because it appears that primary electrons are emitted from this site) is formed several millimeters downstream. Yes. In order to reduce shot noise, such a virtual cathode needs to be formed.
[0028]
If the surfaces of the insulating spacer 32 and the glass 36 are charged, the virtual cathode is adversely affected and shot noise cannot be reduced. As described above, since the shield 34 is provided, charging on the surfaces of the insulating spacer 32 and the glass 36 is prevented, and the virtual cathode is not adversely affected.
[0029]
The electron beam apparatus also forms a primary electron beam 12 emitted from the electron gun 10 into a thin shape by a lens system, irradiates the sample 16 with the formed primary electron beam 12, and uses the primary electron beam 12 on the sample surface. An irradiation system 14 for scanning is provided.
[0030]
The irradiation system 14 is disposed on the downstream side of the condenser lens 58, a condenser lens 58 for focusing the primary electron beam 12, an axial alignment deflector 60 that aligns the primary electron beam 12 with the condenser lens 58, and the condenser lens 58. NA aperture 62, an axis alignment deflector 64 for axial alignment of the primary electron beam 12 with respect to the NA aperture 62, a condenser lens 66 disposed downstream of the NA aperture 62, and a primary with respect to the condenser lens 66 An alignment deflector 68 for axial alignment of the electron beam 12, an electrostatic deflector 70 disposed downstream of the alignment deflector 68, and an E × B separation disposed downstream of the electrostatic deflector 70 And an objective lens 74 disposed on the downstream side of the E × B separator 72 for imaging the primary electron beam 12 on the sample 16. The E × B separator 72 includes an electrostatic deflector 76 disposed on the inner peripheral side and an electromagnetic deflector 78 disposed on the outer peripheral side.
[0031]
The detection system 20 that detects the secondary electrons 18 emitted from the sample 16 absorbs the multiplied secondary electrons into an electric signal by absorbing the multiplied secondary electrons and the MCP (microchannel plate) 80 for multiplying the secondary electrons. An anode 82 for conversion and an A / D converter 84 for converting the analog electric signal into a digital signal are provided.
[0032]
The detection system 20 further includes an image forming apparatus that performs image processing on secondary electrons detected by the detection system in order to inspect the defects of the sample. An image forming circuit 86 as an image forming apparatus is connected to an A / D converter 84 and is connected to a scanning power supply 88 that supplies a scanning signal to the

electrostatic deflectors

70 and 76. By supplying a scanning signal from the scanning power supply 88 to the image forming circuit 86, the image forming circuit 86 forms image data of a two-dimensional figure. A CRT monitor 225, which will be described later, is connected to the image forming circuit 86, and the CRT monitor 225 can display an image of a two-dimensional figure formed by a secondary electron signal. Further, as described above, the scanning signal from the scanning power supply 88 is supplied to the

electrostatic deflectors

70 and 76, and the

electrostatic deflectors

70 and 76 are synchronized with the timing of the scanning signal, so that the

electrostatic deflectors

70 and 76 have the primary electron beam and the second electron beam. Second electrons are deflected.
[0033]
The detection system 20 further includes a control device 220 connected to the image forming circuit 86 so as to be capable of data communication. As shown in FIG. 1, the control device 220 can be configured by a general-purpose personal computer or the like as an example. This computer includes a control unit 221 that executes various controls and arithmetic processes according to a predetermined program, a storage device 222 that stores the predetermined program, and a CRT monitor that displays processing results, a secondary electron image 227, and the like. 225 and an input unit 228 such as a keyboard and a mouse for an operator to input commands. Of course, the control device 220 may be configured by hardware dedicated to the defect inspection apparatus, a workstation, or the like.
[0034]
The control unit 221 of the control device 220 includes various control boards such as a CPU, a RAM, a ROM, and a video board. A storage device 222 is connected to the control unit 221. The storage device 222 can be configured from, for example, a hard disk. A secondary electron image storage area 224 for storing secondary electron image data of the sample 16 received from the image forming circuit 86 is allocated on the storage device 222. However, a reference image storage unit 223 for storing reference image data of a sample having no defect in advance may be assigned. Furthermore, when there is a deviation on the storage device 222 from the reference value with respect to the control program for controlling the entire electron beam apparatus, the sample evaluation program, and the position and orientation (rotation state) of the wafer, A control program 229 for calibrating or correcting the deviation is stored. The control method for calibrating the wafer shift will be described in detail later, but the calibration is performed before or while the sample is evaluated, thereby initializing the wafer.
[0035]
In the present embodiment, a wafer 16 is used as a sample. The wafer 16 is supported by the sample stage 100. The sample stage 100 includes an electrostatic chuck 102 that fixes the wafer 16 flat, a θ stage 230 that rotates the wafer 16, an x-direction stage 104 that moves the wafer 16 in the x direction, and a wafer 16 that moves in the y direction. And a y-direction stage 106 for movement. The electrostatic chuck 102 is mounted on a θ stage 230 that can rotate with the wafer 16 relative to the x-direction stage 104. The x-direction stage 104 can move in the x-direction with respect to the y-direction stage 106 together with the wafer 16, the electrostatic chuck 102, and the θ stage 230. The y direction stage 106 can move in the y direction together with the wafer 16, the electrostatic chuck 102, the θ stage 230, and the x direction stage 104 with respect to the fixed base 108.
[0036]
On the peripheral surface of the x-direction stage 104, an x-direction magnescale 110 is formed. The magnescale sensor 112 is provided so as to vertically protrude from the y-direction stage 106 upward. The magnescale sensor 112 is arranged at a predetermined interval from the magnescale 110 formed on the peripheral surface of the x-direction stage 104. When the x-direction stage 104 moves, the magnescale sensor 112 can count the number of magnescales 110 that have passed through the sensor, and measure the position of the x-direction stage. Reference numeral 114 denotes a y-direction magnescale formed on the peripheral surface of the y-direction stage 104. Reference numeral 116 denotes a magnescale sensor provided so as to vertically protrude from the base 108 upward. The magnescale sensor 116 is disposed at a predetermined interval from the magnescale 114 formed on the peripheral surface of the y-direction stage 106. When the y-direction stage 106 moves, the magnescale sensor 116 can count the number of magnescales 114 that have passed the sensor and can measure the position of the y-direction stage. A leather scale may be used in place of these magnescales.
[0037]
As described above, according to the present embodiment, a magnescale and a magnescale sensor are used instead of the laser interferometer, so that a cheaper evaluation apparatus can be configured.
[0038]
In addition, although the electrostatic capacitance type position sensor mentioned later is arrange | positioned around the wafer 16, it is abbreviate | omitted in FIG. Reference numeral 25 in FIG. 1 indicates the trajectory of the chief ray of the primary beam.
[0039]
Next, the overall operation of the electron beam apparatus will be described below.
The primary electron beam emitted from the electron gun 10 is focused on the wafer 16 by reducing the imaginary crossover formed behind the cathode 1 by the

condenser lenses

58 and 66 and the objective lens 74 in three stages.
[0040]
The primary electron beam is focused on the wafer 16 at a position slightly offset in the -y direction as shown in FIG. Then, an

electrostatic field deflector

70, 76 scans an elongated visual field parallel to the x direction with the offset primary electron beam. The reason why the wafer 16 is focused at the position offset in the −y direction is to facilitate the secondary electron beam to be guided to the MCP 18 as will be described later.
[0041]
Secondary electrons emitted from the wafer 16 are accelerated in the direction of the objective lens 74 because −4 kV is applied to the wafer 16 and a positive high voltage is applied to the center electrode of the objective lens 74. The objective lens 74 is composed of an upper electrode, a central electrode, and a lower electrode, but the details of these electrodes are omitted in FIG. 1). Since the primary electron beam is offset, the secondary electrons are incident on the objective lens 74 at a position away from the optical axis in the −y direction, bent by the objective lens 74, and further bent by the electromagnetic deflector 78. , Guided to an MCP (microchannel plate) 18.
[0042]
The secondary electrons incident on the MCP 18 are multiplied by the MCP 18 and output to a detector (for example, composed of an anode or the like) 82. The detector 82 converts the received secondary electrons into a current signal representing the intensity, and the current signal is converted into a voltage signal by a resistor (for example, 50 (resistance) 90) and amplified by an amplifier (not shown). The digital signal is converted into a digital signal by the A / D converter 84 and input to the image forming circuit 86. The image forming circuit 86 receives the scanning signal from the scanning power supply 88, Based on this, a two-dimensional graphic image representing the surface to be scanned of the wafer 16 is formed, and this two-dimensional graphic image is displayed by the CRT monitor 225. In this way, two images representing the surface to be scanned of the wafer 16 are displayed. A defect inspection is performed by comparing a die-to-die or a cell-to-cell using an image of a dimensional figure.
[0043]
Next, a method for finely adjusting the cathode 22 and the Wehnelt 24 in a direction orthogonal to the optical axis of the electron beam apparatus will be described. This fine adjustment may be performed once at the time of starting up the apparatus and then performed about once a year.
[0044]
First, the NA deflector 64 scans the NA aperture 62 with the primary electron beam 12, and the electron beam 12 that has passed through the NA aperture 62 is incident on the wafer 16, and the MCP 82, the anode 82, the A / D converter 84, and the image formation. A signal (that is, a secondary electron signal) formed from the secondary electrons through the circuit 86 is input to the CRT monitor 225, so that an image of the NA aperture 62 is displayed on the CRT monitor 225. Next, the wobbler signal supply device 54 is operated to supply a wobbler signal to the conductor 50. When a wobbling signal is input to the conducting wire 50, the wobbling signal is superimposed on the anode voltage applied to the anode 26 from the voltage source 52 via the conducting wire 50, and the anode voltage value changes periodically. Since the anode 26 functions as an electrostatic lens, when the anode voltage value changes periodically, if the central axis between the cathode 22 and the Wehnelt 24 and the anode 3 is deviated, the NA aperture image becomes a CRT monitor 225. Will move on. The tilt positions of the cathode 22 and the Wehnelt 24 with respect to the anode 26 are finely adjusted by tightening or loosening one screw 42 and the other screw 44 so that the amount of movement of the NA aperture image is minimized. This allows axial alignment between the cathode and Wehnelt and the anode. Thus, the centering between the electrodes of the electron gun, that is, the centering between the cathode 22, the Wehnelt 24 and the anode 26 can be correctly adjusted and can be aligned with the optical axis direction of the electron beam device. The deviation of the trajectory of the primary electron beam 12 is evaluated and corrected. As a result, the primary electron beam 12 accurately passes through the anode hole 27, and the primary electron beam 12 does not enter the anode itself. Thus, electrons are hardly scattered back from the anode 26 to adversely affect the cathode 22 or the virtual cathode, and shot noise can be reduced.
[0045]
In this embodiment, the inclination of the cathode 22 and the Wehnelt 24 can be finely adjusted with respect to the anode 26. However, the cathode alone or the Wehnelt alone is finely moved in a direction (xy direction) perpendicular to the optical axis. May be. Further, only the anode may be finely adjusted in the xy direction.
[0046]
As a cause of disturbing the virtual cathode formed near the cathode, it is considered that the primary electron beam 12 incident on the anode 26 is back-scattered and returns to the virtual cathode as described above. In order to prevent this, the anode hole 27 may be made sufficiently large in addition to the centering between the cathode electrode, the Wehnelt electrode and the anode electrode as described above. In this way, by making the anode hole 27 sufficiently large, all the primary electron beams pass through the anode hole 27, the primary electron beam hits the anode, and the back-scattered beam does not return to the virtual cathode. The flowing primary electron beam current can be made almost zero. In order to make the primary electron beam current flowing through the anode substantially zero, the diameter of the anode hole preferably has a size of four times or more the primary electron beam diameter there.
[0047]
As a cause of disturbing the virtual cathode formed in the vicinity of the cathode, it is conceivable that the primary electron beam incident on the NA aperture 62 is also backscattered and returned to the virtual cathode. In order to prevent this, at least one stage of a lens (for example, a condenser lens 58 as in the present embodiment) is provided on the electron gun side of the NA aperture, so that the backscattered beam is bent and does not return to the cathode. I did it. As a result, the virtual cathode is not disturbed, and the shot noise can be further reduced.
[0048]
According to this embodiment, since the beam current incident on the anode can be almost eliminated as described above, electrons scattered back from the anode do not adversely affect the virtual cathode, and shot noise can be significantly reduced.
[0049]
With the above configuration, the shot noise of the electron gun current is assumed to be doubled. However, by removing most of the primary electron beam at the NA aperture on the way, the beam current reaching the wafer becomes a much smaller value. Therefore, it is necessary to consider the distribution noise that enters the beam current that reaches the wafer (noise generated in the electron beam apparatus when the electron beam is distributed between two or more electrodes) .Shot noise current on the cathode Can be calculated as follows.
[0050]
[Expression 1]

[0051]
This [Equation 1] is the electron gun current (ie, the current emitted from the cathode) I₀Is a conventionally known shot noise equation when the shot noise is (doubled). When this equation is further included with distributed noise, the following [Formula 2] is obtained (“ (See Electron Beam Testing Handbook Vol. 7, p. 64 (published in 1987).) The second term in [Equation 2] indicates the partition noise, and the first term is the electron gun current. It gives a transparent contribution of shot noise.
[0052]
[Expression 2]

[0053]
[Equation 3]

[0054]
[Expression 4]

[0055]
[Equation 5]

[0056]
Where i_n ²Is the mean square value of the shot noise current on the wafer as a sample,
I₀Is the current value emitted from the cathode (ie, cathode current, electron gun current)
I_bIs the value of the beam current flowing through the wafer surface as the sample surface (that is, the sample current),
e = 1.6 × 10^-19c,
Γ <1,
Δf = frequency band for measuring shot noise.
[0057]
Equation (5) can be expressed as I in equation (1)₀I_bThis is a formula changed to That is, the shot noise is reduced by a factor of 2 even when considered by the sample current.
As described above, according to the present embodiment, not only the cathode current but also the shot noise included in the sample current can be reduced.
[0058]
Next, a calibration apparatus for calibrating the position and rotation posture of the wafer according to the present invention will be described.
A calibration device according to an embodiment of the present invention includes a coarse adjustment device and a fine adjustment device.
[0059]
As shown in FIG. 2, the coarse adjustment device includes a measurement device 120 using a capacitance sensor that measures the position and rotation posture of the wafer 16 as a sample.
The measuring apparatus 120 includes three capacitance

type position sensors

122, 124, and 126 arranged at equal intervals around the periphery of the wafer. The three

capacitive position sensors

122, 124, and 126 are arranged at an interval of 120 ° with respect to each other in the circumferential direction. As shown in FIG. 3, the electrode surface of the capacitance type position sensor has substantially the same curvature as the circumferential side surface (in other words, edge surface) 17 of the wafer in its longitudinal section. As a result, the distance from the wafer can be accurately measured. The capacitance type position sensor can have the same curvature as that of the side surface in the circumferential direction of the wafer even in the plane. The capacitance increases as the distance between the capacitive position sensor and the wafer decreases, and decreases as the distance between the capacitance position sensor and the wafer increases. Based on this principle, each of the three capacitive position sensors measures a distance from the edge surface 17 of the wafer 17. When the distance between each of the three capacitive position sensors and the edge surface 17 of the wafer is measured in this way, the controller 220 determines the position of the center 45 of the wafer from these three distances. Is calculated. When the position of the center 45 of the wafer is obtained as described above, the control device compares it with the reference center position stored in the storage device, and if this position is deviated from the reference center position, the XY stage is moved. The position of the center 19 of the wafer 17 is calibrated by moving it. When measuring the distance from the edge surface 17 of the wafer 17 with the three capacitive position sensors, a notch 19 formed in the wafer 16 described later is disposed at a position facing the capacitive position sensor. Then, since the distance cannot be measured accurately, it is necessary to adjust the position of the wafer in advance so that the notch 19 is positioned at the non-opposing position of the capacitive position sensor.
[0060]
As described above, the notch 21 is formed in the edge surface 17 of the wafer 16. In the state shown in FIG. 2, the notch 21 is in the vicinity of the capacitive position sensor 126. It is in a non-opposing position of the capacitive position sensor 126. The control device 220 gives a command to the θ stage 102 and measures the distance between the capacitive position sensor 126 and the notch 21 while rotating the θ stage 102, that is, the notch 21 is in the capacitive position. By detecting a change in the output from the capacitive position sensor 126 that occurs when the sensor 126 is opposed to the position, the rotational deviation of the wafer (shift in the θ direction) is measured. When there is a deviation in the θ direction, the control device automatically calibrates the rotational deviation of the wafer by operating the θ stage 230 as described above. When evaluation such as defect inspection of the wafer 16 is performed, the evaluation can be performed while continuously moving the y-direction stage in parallel to the line connecting the wafer center 19 and the notch 21 (that is, in the y-direction).
[0061]
The coarse adjustment is performed by performing the calibration of the positional deviation of the center of the wafer and the calibration of the rotational deviation of the wafer by the three capacitance

type position sensors

122, 124, and 126, and then the fine adjustment by the fine adjustment device. . The fine adjustment device includes a control unit 221 and a storage device 222 of the control device 220, and calibrates the position of the wafer using pattern matching as shown in FIG.
[0062]
The solid line pattern in FIG. 4 is the pattern on the first die (for example, 200 in FIG. 2) of the wafer 16 detected by the electron beam apparatus, and the dotted line is the second die (for example, in FIG. 2). 202). First, before performing the defect inspection, differences Δx and Δy between the coordinates of the dotted line pattern and the coordinates of the solid line pattern are obtained by pattern matching. Thereafter, the coordinates of the dotted line pattern are matched with the coordinates of the solid line pattern or the coordinates of the solid line pattern so that the differences Δx and Δy become zero. Next, the defect is inspected by comparing the pattern on the first die and the pattern on the second die whose coordinates coincide with each other. That is, the fine adjustment in the x direction and the y direction is performed by taking the above differences Δx and Δy into consideration. As described above, according to the present embodiment, even if there is a deviation between the solid line pattern and the dotted line pattern, pattern inspection is performed by performing correlation calculation or the like to perform defect inspection. Detected image after performing registration (moving the stage so that it almost overlaps the dotted line pattern by shifting the position of the die in the y direction of the solid line pattern in Fig. 4) Since it is not necessary to match, throughput can be increased.
[0063]
Next, fine adjustment in the θ direction will be described.
When inspecting a wafer for defects using an electron beam apparatus, for example, when the inspection of the die 200 is completed, the

die

200, 202, 204, 206, 208 is moved while the y-direction stage is sequentially moved so as to inspect the adjacent die 202. , 210 is performed in the order of 210 (see FIG. 2). By comparing the pattern of the first die 200 with the pattern matching of the sixth die 210 farther than that at the time when the inspection of the first row is completed, the shift in the δ direction shown in FIG. Can be detected. That is, this deviation δ is an angular difference between the direction of the pattern formed on each die and the coordinates measured on the y-axis with the line connecting the notch and the center of the wafer measured in advance, in other words, the rotation of the wafer. This means a deviation in the direction θ. The difference between the distances in the x direction between the first die 200 and the sixth die 210 is L, and the difference between the coordinates of the pattern of the first die 200 and the coordinates of the pattern of the sixth die 210 is In the case of Δx, it can be considered that δ = Δx / L. When a deviation in the δ direction is detected, the control device 220 operates the θ stage 102 to perform correction so that (becomes 0. Thus, by taking the deviation in the δ direction into consideration, the rotation direction of the wafer is corrected. Fine adjustment of θ deviation is performed.
[0064]
As described above, according to the present embodiment, the wafer position shift can be accurately calibrated by performing the coarse adjustment and the fine adjustment.
Next, an embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device by the electron beam apparatus shown in the above embodiment will be described with reference to FIGS.
[0065]
FIG. 6 is a flowchart showing an embodiment of a semiconductor device manufacturing method according to the present invention. The manufacturing process of this embodiment includes the following main processes.
(1) Wafer manufacturing process for manufacturing a wafer (or wafer preparation process for preparing a wafer) (step 400)
(2) Mask manufacturing process for manufacturing a mask used for exposure (or mask preparation process for preparing a mask) (step 401)
(3) Wafer processing process for performing necessary processing on the wafer (step 402)
(4) Chip assembly process for cutting out chips formed on the wafer one by one and making them operable (step 403)
(5) Chip inspection process for inspecting assembled chips (step 404)
Each of the main processes described above further includes several sub-processes.
[0066]
Among these main processes, the wafer processing process (3) has a decisive influence on the performance of the semiconductor device. In this step, designed circuit patterns are sequentially stacked on a wafer to form a large number of chips that operate as memories and MPUs. This wafer processing process includes the following processes.
(A) A thin film forming process for forming a dielectric thin film to be an insulating layer, a wiring portion, or a metal thin film for forming an electrode portion (using CVD, sputtering, etc.)
(B) Oxidation process for oxidizing this thin film layer and wafer substrate
(C) A lithography process for forming a resist pattern using a mask (reticle) to selectively process a thin film layer, a wafer substrate, or the like.
(D) An etching process for processing a thin film layer or a substrate according to a resist pattern (for example, using a dry etching technique)
(E) Ion / impurity implantation diffusion process
(F) Resist stripping process
(G) Inspecting the processed wafer
The wafer processing process is repeated as many times as necessary to manufacture a semiconductor device that operates as designed.
[0067]
FIG. 7 is a flowchart showing a lithography process which forms the core of the wafer processing process. This lithography process includes the following steps.
(A) A resist coating process for coating a resist on the wafer on which the circuit pattern is formed in the preceding process (step 500).
(B) Step of exposing resist (step 501)
(C) Development process of developing the exposed resist to obtain a resist pattern (step 502)
(D) Annealing process for stabilizing the developed resist pattern (step 503)
The semiconductor device manufacturing process, wafer processing process, and lithography process are well known and need no further explanation.
[0068]
When the defect inspection method and the defect inspection apparatus according to the present invention are used in the inspection process of (G) above, even a semiconductor device having a fine pattern can be inspected with high throughput. It becomes possible to prevent shipment of defective products.
[0069]
The above is each embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to the above embodiment.
[0070]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the voltage supplied to the anode is changed by the voltage supply device, and the axial alignment between the cathode and the Wehnelt and the anode is evaluated based on the output from the image forming apparatus. For example, either the Wehnelt, the anode, or the cathode and the Wehnelt pair can be aligned in the optical axis direction of the electron beam apparatus, so that the primary electron beam accurately passes through the anode hole. The primary electron beam is not incident on the anode. As a result, electrons are hardly scattered back from the anode and the cathode is hardly adversely affected, shot noise is reduced, and even if the current value of the primary electron beam applied to the sample surface is small, secondary electrons per pixel are reduced. More than the necessary number of detections can be ensured, and the sample can be accurately inspected for defects. Moreover, it is not necessary to lengthen the pixel time, and the sample can be evaluated in a short time. Furthermore, since the dose of the primary electron beam applied to the sample surface can be small, the possibility that electrons are charged in the insulating film on the sample surface is reduced, thereby eliminating the need for an electron shower.
[0071]
Further, according to the present invention, since the position of the sample scanned with the primary electron beam is calculated based on the signal from the magnescale or laser scale, compared with a conventional laser interferometer. The scale can be attached and adjusted in a short time.
[0072]
Furthermore, the deviation value from the reference value of the center position of the sample and the deviation value from the reference value of the rotation posture of the sample are calculated using at least three capacitance sensors arranged around the sample stage that supports the sample. In addition, since the deviation value is calibrated, the defect can be accurately evaluated. In addition, since the defect of the sample is inspected after matching the deviation of the coordinate position between the pattern of one die at the arbitrary position of the sample and the pattern of the other die, the evaluation of the defect can be performed more accurately. It can be carried out.
[0073]
Furthermore, since pattern matching is performed, it is not necessary to perform registration, and it is not necessary to perform registration before measurement, so that throughput can be increased.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of an electron beam apparatus according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic plan view of the electron beam apparatus as viewed from above the wafer.
FIG. 3 is a partial schematic longitudinal sectional view in which a part of FIG. 2 is broken.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a wafer position measuring method and pattern matching.
FIG. 5 is a flowchart showing one embodiment of a method for manufacturing a semiconductor device.
6 is a flowchart showing a lithography process in the semiconductor device manufacturing method of FIG. 5;
[Explanation of symbols]
10 Electron gun 12 Primary electron beam
14 Irradiation system 16 Sample
18 Secondary electron 20 detection system
22 Cathode 24 Wehnelt
26 Anode 28 Heater
30 A pair of columnar electrodes 32 Insulating spacers
34 Shield 36 Choshi
38 Side wall of electron gun chamber 40 Support part
42 screws 44 screws
42a Screw tip 44a Screw tip
46 insulator 48 electron gun chamber bottom wall
50 conductors 52 voltage source
54 Wobbler signal supply device 56 Voltage supply device
58 condenser lens 60 axis alignment deflector
62 NA aperture 64 Axis alignment deflector
66 Condenser lens 68 Axis alignment deflector
70 Electrostatic deflector 72 E × B separator
74 Objective lens 76 Electrostatic deflector
78 Electromagnetic deflector
80 MCP (microchannel plate)
82 Anode 84 A / D converter
86 Image Forming Circuit as Image Forming Apparatus
88 Scanning power supply 100 Sample stage
102 Electrostatic chuck (θ direction stage)
104 x direction stage 106 y direction stage
108 Base 110 Magnescale for x direction
112 Sensor for magnescale 114 Magnescale for y direction
116 Magnescale sensor 120 Measuring device
122 Capacitance type position sensor 124 Capacitance type position sensor
126 Capacitance Type Position Sensor 200 Die
202 die 204 die
206 dies 208 dies
210 Die 220 Controller
221 Control unit 222 Storage device
223 Reference image storage unit 224 Secondary electron image storage area
225 CRT monitor 227 Secondary electron image
228 input unit 229 control program
230 θ stage

Claims

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。An electron beam apparatus that detects secondary electrons from a sample and evaluates the sample,
An electron gun having a thermionic emission cathode and irradiating a primary electron beam in a space charge limited region by increasing the temperature of the thermionic emission cathode;
An irradiation system for forming a primary electron beam emitted from the electron gun into a thin lens system, irradiating the sample with the molded primary electron beam and scanning the sample surface with the primary electron beam;
A detection system for detecting secondary electrons emitted from the sample;
An image forming apparatus that performs image processing on secondary electrons detected by the detection system in order to inspect defects of the sample;
The electron gun irradiates a primary electron beam by forming an electron barrier having a lower potential than the cathode downstream from the cathode ,
Wherein the electron gun, an electron beam and wherein the shield to prevent charging of the provided insulating material on the upstream side of the electron gun is provided.

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。The electron beam apparatus according to claim 1,
The anode has an anode hole that allows passage of a primary electron beam emitted from the cathode;
The electron beam apparatus according to claim 1, wherein a diameter of the anode hole is at least four times a primary electron beam diameter.

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。The electron beam apparatus according to claim 1,
The anode has an anode hole that allows passage of a primary electron beam emitted from the cathode;
2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the diameter of the anode hole is dimensioned so that an electron gun current flowing through the anode becomes zero due to the influence of the primary electron beam.

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。The electron beam apparatus according to claim 1,
An electron beam apparatus characterized in that an NA aperture is provided downstream of the electron gun, and a lens for bending a beam back-scattered from the NA aperture is provided between the electron gun and the NA aperture.

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。5. A device manufacturing method, wherein an evaluation of a wafer in the middle of a process is performed using the electron beam apparatus according to any one of claims 1 to 4 .