专利名称：投射电子显微镜、电子显微镜、样品表面观察法和微器件制造法的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于通过用电子束对样品表面照明并利用由此产生的反射电子对物体表面进行观察、检查等的映像电子显微镜、电子显微镜和样品表面观察法，还涉及利用此映像电子显微镜的微器件制造法。
背景技术：
映像电子显微镜通过利用电子光学系统以电子束对样品表面照明，然后利用此电子光学系统将由此产生的二次电子或反射电子聚焦在探测器的探测表面上。这使得能够降低扫描频率(不像SEM)；因此，能够缩短样品观察时间，并且这种显微镜已经作为微器件如半导体的检查装置而受到关注。
图5表示作为此种映像电子显微镜的一个可构想的显微镜实例。从阴极21发出的照明束24穿过韦内电极、第一阳极35、第二阳极36以及照明专用电子光学系统22，并入射到电磁棱镜23上。照明束24的光路被电磁棱镜23改变；然后照明束24穿过阴极透镜27，并对样品26的表面照明。
当照明束24入射到样品26上时，从样品26产生具有与样品26的表面形状、材料分布、电势变化等对应的分布的二次电子、背散射电子和反射电子(统称为产生的电子28)。这些产生的电子28穿过阴极透镜27、电磁棱镜23和图像聚焦专用电子光学系统29，并投射到MCP(微通道板)探测器30上。然后，图像通过光映射光学系统32投影到CCD相机33上。25表示样品台。另外，图像聚焦电子光学系统由图像聚焦专用电子光学系统29、电磁棱镜23和阴极透镜27构成，并且照明电子光学系统由照明专用电子光学系统22、阴极透镜27和电磁棱镜23构成。
在此映像电子显微镜中，如图5所见，入射到样品26上的电子束的光路以及从样品26发出的电子束的光路通过电磁棱镜23(E×B)切换。因此，在样品26和电磁棱镜23之间的光路中，在照明电子束中的电子和从样品产生的并用于观察的电子之间产生库仑效应。因此，已经遇到聚焦图像模糊的问题。
另外，电磁棱镜23产生大的像散像差。要调节照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统以便校正此像差非常困难。因此，常规地已经通过用图像聚焦电子光学系统对准视点来进行设计和调节，并且对照明电子光学系统的调节经常是不够的。
而且，如图5所见，在常规设备中，照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统设计为完全分离的系统；因此必须使用对应更大量的电子束光学部件。
发明内容
鉴于这种情形设计了本发明；本发明的目的在于提供具有利用反射电子作为观察电子束的系统的具有小的库仑效应的映像电子显微镜或普通电子显微镜，并提供减少了使用的电子光学部件数量的这种显微镜。此外，本发明的目的还在于提供利用此映像电子显微镜或普通电子显微镜的样品表面观察法以及微器件制造法。
用于实现上述目的的第一发明是映像电子显微镜，该映像电子显微镜使从电子源发出的照明电子束经照明电子光学系统入射到样品表面上，并使从该样品表面发出的电子经图像聚焦电子光学系统聚焦到探测装置上作为观察电子束，其中此映像电子显微镜具有光路切换装置，该光路切换装置切换照明电子束或观察电子束的方向，并且光路切换装置具有切换各电子束方向、使得照明电子束在规定定时入射到样品表面上、并使得观察电子束在不同的规定定时到达探测装置的功能。
在本发明中，与图5所示的映像电子显微镜不同，通过不使用电磁棱镜的光路切换装置使所产生的经电子光学系统对样品表面照明的照明电子束穿过光路切换装置的定时与从样品表面发出并经电子光学系统到达探测器的反射电子穿过光路切换装置的定时不同。结果，能够减轻照明电子束和反射电子之间的库仑效应，从而能够减轻聚焦的模糊。例如，可以用简单的电子光学元件如偏转器作为光路切换装置。
用于实现上述目的的第二发明是第一发明，其中观察电子束由具有与照明电子束的能量相等的能量的反射电子组成，照明电子光学系统由设置在电子源和光路切换装置之间的照明专用电子光学系统和设置在光路切换装置和样品表面之间的电子光学系统组成，图像聚焦电子光学系统由设置在探测装置和光路切换装置之间的图像聚焦专用电子光学系统以及上述电子光学系统组成，并且此电子光学系统共享照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统的功能中的一些功能。
在本发明中，具有与照明电子束的能量相等的能量的反射电子用作观察电子束；因此，在图像聚焦电子光学系统和照明电子光学系统的一些部分用作公共光学系统的情况下，如果系统设计有被抑制的图像聚焦电子光学系统(是一个放大系统)像差，则照明电子光学系统(相反是一个缩小系统)也设计有良好的精度。在光路切换装置和样品表面之间，在照明电子束入射的方向上发出的观察电子束遵循照明电子束入射所沿路径，并到达光路切换装置。
具体地说，由于被用作观察电子的反射电子，照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统的元件中的在常规上被设计为单独元件的至少一些元件可以设置为在光路切换装置和样品表面之间的公共元件。
例如，在电子光学系统(公共电子光学系统)设有改变图像聚焦电子光学系统的放大率的功能、并通过改变图像聚焦电子光学系统的放大率来进行变焦的情况下，或者在以这种方式改变视场的形状(纵横比)的情况下，能够使照明电子光学系统同时连动，使得照明场扩大或缩小，或使得照明场的形状(纵横比)改变。另外，通过共同形成光学系统，能够将整个光学系统保持为比常规系统小的大小。
用于实现上述目的的第三发明是第一发明，其中观察电子束由具有与照明电子束的能量相等的能量的反射电子组成，并且照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统仅由设置在光路切换装置和样品表面之间的电子光学系统组成。
在本发明中，照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统完全共同地形成为设置在光路切换装置和样品表面之间的电子光学系统。因此能够进一步简化设备的结构。
用于实现上述目的的第四发明是第一至第三发明中的任何发明，其中光路切换装置具有在等于或小于照明电子束中的电子从光路切换装置到达样品表面所需时间的时间内把照明电子束引导到样品表面的功能。
在此发明中，光路切换装置具有在比照明电子束中的电子从光路切换装置到达样品表面所需时间短的时间内把照明电子束引导到样品表面的功能。因此，例如，在T为照明电子束中的电子从光路切换装置到达样品表面所需时间的情况下，照明电子束在该时间T内引导到样品表面。然后，在下一时间T内，从样品发出的反射电子被引导到探测装置，并且这些操作被交替地重复。因为使为了将照明电子束引导到电子光学系统所需的时间短于T，所以能够减小库仑效应的影响。
用于实现上述目的的第五发明是第一至第三发明中的任何发明，其中光路切换装置具有在等于或小于照明电子束中的电子完成在电子光学系统中电子束的最收敛点和样品之间的往返行程所需时间的时间内把照明电子束引导到样品表面的功能。
该发明也旨在与第四发明相同的操作效果；但是，在该发明中，电子束的照明时间进一步缩短，并且系统布置成使得以电子束对样品的照明进行一段等于或小于电子束完成在电子光学系统中电子束的最收敛点和样品之间的往返行程所需时间的时间。产生库仑效应最显著的点是电子束在电子光学系统中最收敛的点。因此，通过用电子束对样品照明一段等于或小于电子束完成在该点和样品之间的往返行程所需时间的时间，能够更有效地减轻库仑效应的影响。
用于实现上述目的的第六发明是一种映像电子显微镜，该映像电子显微镜使从电子源发出的照明电子束经照明电子光学系统入射到样品表面上，并使从该样品表面发出的电子经图像聚焦电子光学系统聚焦到探测装置上作为观察电子束，其中观察电子束由具有与照明电子束的能量相等的能量的反射电子组成，照明电子光学系统由设置在电子源和光路切换装置之间的照明专用电子光学系统和设置在光路切换装置与样品表面之间的电子光学系统组成，图像聚焦电子光学系统由设置在探测装置和光路切换装置之间的图像聚焦专用电子光学系统以及上述电子光学系统组成，并且此电子光学系统共享照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统的功能中的一些功能。
用于实现上述目的的第七发明是一种微器件制造法，其具有步骤利用第一至第六发明中的任何发明的映像电子显微镜检查微器件或微器件的中间产品的表面。
在该发明中，因为利用具有简单结构的映像电子显微镜进行检查，所以能够降低制造成本。
用于实现上述目的的第八发明是一种电子显微镜，包括电子源，该电子源使照明电子束入射到样品表面上；探测器，该探测器探测从样品表面发出的作为观察电子束的电子；和光路切换装置，该光路切换装置使照明电子束在规定定时入射到样品表面上，并使观察电子束在不同的规定定时到达探测器。
用于实现上述目的的第九发明是第八发明，其中光路切换装置具有根据是否对该光路切换装置施加电压而在上述规定定时和上述另一规定定时之间切换的功能。
用于实现上述目的的第十发明是一种用于观察样品表面的样品表面观察法，其中发出照明电子束，使该照明电子束在规定定时入射到样品表面上，使从样品表面发出的观察电子在不同于上述规定定时的定时到达探测器，并通过探测器探测观察电子，从而获得样品表面的图像。
图1是示出构成本发明第一工作配置的映像显微镜的光学系统轮廓的简图；图2是示出构成本发明第二工作配置的映像显微镜的光学系统轮廓的简图；图3是示出构成本发明第三工作配置的映像显微镜的光学系统轮廓的简图；图4是示出构成本发明工作配置的半导体器件制造法的一个实例的流程图；图5是示出常规构想的映像显微镜的光学系统的轮廓的简图。
执行本发明的最佳模式下面将参考附图描述本发明的工作配置。图1是示出构成本发明第一工作配置的映像显微镜的光学系统轮廓的简图。从阴极1发出的照明束4穿过韦内电极14、第一阳极15、第二阳极16和照明专用电子光学系统2，并入射到偏转器3上。在对偏转器3施加电压的状态下，由偏转器3改变照明束4的光路，之后，照明束4穿过主要由阴极透镜组成的公共电子光学系统7，并对样品6的表面照明。在不对偏转器3施加电压的情况下，照明束4直接穿过偏转器3，并被电子吸收板17吸收。
通过这种方式，能够减轻在照明束4中的电子与产生的电子8之间产生的库仑效应，使得能够减轻图像聚焦电子光学系统的模糊。
在此工作配置中，把施加到阴极1和样品台5之间的电势差设置在0V或设置在接近0V的值(此处，阴极1的电势V1小于或大致等于样品台5的电势V2，即V1≤V2)。从阴极1发出的照明束4穿过韦内电极14、第一阳极15、第二阳极16和照明专用电子光学系统2，并入射到偏转器3上。在对偏转器3施加电压的状态下，由偏转器3改变照明束4的光路，之后，照明束4穿过公共电子光学系统7并对样品6的表面照明。在不对偏转器3施加电压的情况下，照明束4直接穿过偏转器3，并被电子吸收板17吸收。
因为阴极1和样品台5设置在相同的电势或设置在几伏或更少的电势差，所以，在电子束4到达样品6表面的时间点，该电子束4的能量为0eV或(V2-V1)eV。
当照明束4入射到样品6上时，从样品6产生具有与样品6的表面形状、材料分布、电势变化等相应的分布的反射电子8。因为照明束4的能量很低，所以几乎不产生二次电子。这些反射电子8穿过公共电子光学系统7，而且，在不对偏转器3施加电压的情况下，这些反射电子8穿过图像聚焦电子光学系统9，并投射到MCP(微通道板)探测器10上。然后，图像经光映射光学系统12投影到CCD相机13上。另外，5表示样品台。
如上所述，因为照明束4在样品6的表面处的能量几乎为0eV，所以反射电子的初始能量也几乎为0eV。因此，这些反射电子被公共电子光学系统7加速；但在此情况下，因为该能量几乎与照明束4的能量相同，所以，在照明束4入射的方向上发出的反射电子8遵循与照明束4入射所沿光路相逆的路径。
如果公共电子光学系统7形成为变焦光学系统，则通过增大公共电子光学系统7的放大率而使照明束4的照明区同时变窄，以便增大观察系统的放大率。因此，不需要利用单独的电子透镜系统调节照明束。
因而，光学系统的在常规上单独设置在照明专用电子光学系统22中和图像聚焦专用电子光学系统29中的部分能够通过将这些部分作为公共电子光学系统7中的功能来安装而共同地形成，从而能够减少所需电子光学部件的数量。即使这样做，对光学特性也几乎没有影响，因为偏转器3用于切换光路。
不能共同形成的电子光学部件设置在照明专用电子光学系统2中和图像聚焦专用电子光学系统9中。例如，在阴极1或照明电子光学系统的视场光阑的大小与MCP探测器10的大小之间存在差异的情况下，可以在照明专用电子光学系统2中设置调节放大率的简单光学系统。而且，因为阴极1或照明电子光学系统的视场光阑的大小与MCP探测器10的大小的比率固定，所以不需要光学系统来调节放大比率。
另外，在希望样品6的临界照明的情况下，电子源的交叉平面与样品6的表面做成共轭，并且在希望样品6的科勒照明的情况下，照明电子光学系统的视场光阑和样品6的表面做成共轭。
而且，希望电压施加到偏转器3、从而照明束4偏转到公共电子光学系统7一侧的时间设置成等于或小于照明束4中的电子从偏转器3到达样品6所需的时间T。如果这样做，就能够减轻照明束4中的电子与反射电子8之间产生的库仑效应，从而能够减轻图像聚焦电子光学系统的模糊。
此外，通过把电压施加到偏转器3的时间设置在等于或小于电子束完成在公共电子光学系统7最收敛电子束的位置(即交叉位置)与样品6之间的往返行程所需时间的时间，能够更有效地抑制库仑效应的产生，从而能够减轻图像聚焦电子光学系统的模糊。
另外，即使在激励偏转器3时被偏转器3偏转的反射电子8可能形成杂散光并引起麻烦的情况下，上述布置的使用也能够将系统设计成当激励偏转器3时反射电子8不穿过偏转器3。因此能够防止杂散光的这种产生。
图2是示出构成本发明第二工作配置的映像显微镜的光学系统轮廓的简图。在下列描述中，作为一项规则，与该部分中已经指出的附图中的构成元件相同的构成元件被标以相同的符号，并省去对这些元件的描述。
图2所示的工作配置与图1所示工作配置的不同之处在于完全省去了照明专用电子光学系统2和图像聚焦专用电子光学系统9。因为其余部分相同，所以将仅描述不同的部分。
具体地说，在此工作配置中，图1中所示的照明专用电子光学系统2和图像聚焦专用电子光学系统9形成为完全公共系统，并且容纳在如公共电子光学系统11所示的部分内。另外，电子束源(阴极1、韦内电极14、第一阳极15和第二阳极16)的交叉位置和样品6的表面、以及MCP探测器10的探测表面和样品6的表面分别做成与公共电子光学系统11共轭。因此，作为公共电子光学系统11作用的结果，来自电子束源的照明束4对样品6的表面施加临界照明或科勒照明，并且，作为公共电子光学系统11作用的结果，样品6的图像聚焦到MCP探测器10的探测表面上。
图3是示出构成本发明第三工作配置的映像显微镜的光学系统轮廓的简图。此工作配置与图1中所示工作配置的不同之处仅在于设置了第二偏转器3′，并且在此第二偏转器之后安装电子吸收板17。因此将仅描述不同点。
在图1所示第一工作配置中的电子吸收板17对电子的吸收不够使得来自电子吸收板17的反射电子和二次电子进入图像聚焦专用电子光学系统9并引起噪音的情况下使用此工作配置。
在此工作配置中，偏转器3和偏转器3′同步操作，并且系统布置成使得当对偏转器3施加电压时没有电压施加到偏转器3′上，并且使得当没有对偏转器3施加电压时有电压施加到偏转器3′上。因此，在对偏转器3施加电压的情况下，照明束4直接穿过偏转器3′，并且被偏转器3偏转，之后照明束4到达样品6的表面。在对偏转器3′施加电压的情况下，照明束4被偏转器3′偏转，并被电子吸收板17吸收。
在此情况下，因为电子吸收板17能够安装在与图像聚焦专用电子光学系统9分开的位置，所以，即使在此位置产生二级电子或反射电子，也几乎不存在这些电子会在图像聚焦专用电子光学系统9中引起噪音的可能性。
下面将描述构成本发明一种工作配置的半导体器件制造法的工作配置。图4是示出构成本发明工作配置的半导体器件制造法的一个实例的流程图。此实例的制造过程包括下列主要步骤(1)晶片制造步骤，其中制造晶片(或晶片制备步骤，其中制备晶片)
(2)掩模制造步骤，其中制造用于曝光的掩模(或掩模制备步骤，其中制备掩模)；(3)晶片处理步骤，其中对晶片进行必要的处理；(4)芯片组装步骤，其中将形成在晶片上的芯片一次一个地切出并使其可工作；和(5)芯片检查步骤，其中检查完成的芯片。
另外，各个步骤还由一些子步骤组成。
在这些主要步骤中，对半导体器件的性能有决定性影响的主要步骤是晶片处理步骤。在此步骤中，设计的电路图案相继堆叠在晶片上，并且形成用作存储器或MPU的大量芯片。此晶片处理步骤包括下列各个步骤(1)薄膜形成步骤，其中(利用CVD、溅射等)形成电介质薄膜、导线部分、金属薄膜等，该电介质薄膜形成绝缘层，该金属薄膜形成电极部分；(2)氧化步骤，其中氧化该薄膜层或晶片基底；(3)光刻步骤，其中利用用于选择性加工薄膜层、晶片基底等的掩模(分划板)形成抗蚀剂图案；(4)蚀刻步骤，其中(例如利用干蚀刻技术)根据抗蚀剂图案加工薄膜层或基底；(5)离子/杂质注入和扩散步骤；(6)抗蚀剂剥离步骤；和(7)检查步骤，其中进一步检查加工的晶片；另外，对必要数量的层重复进行晶片处理步骤，从而制造按设计操作的半导体器件。
在本工作配置中，在检查完成的芯片的芯片检查步骤中以及在检查加工的晶片的检查步骤中，利用本发明的映像电子显微镜进行检查。
权利要求
1.一种映像电子显微镜，该映像电子显微镜使从电子源发出的照明电子束经照明电子光学系统入射到样品表面上，并使从该样品表面发出的电子经图像聚焦电子光学系统聚焦到探测装置上作为观察电子束，其中此映像电子显微镜具有光路切换装置，该光路切换装置切换照明电子束或观察电子束的方向，并且光路切换装置具有切换各电子束方向、使得照明电子束在规定定时入射到样品表面上、并使得观察电子束在不同的规定定时到达探测装置的功能。
2.如权利要求1所述的映像电子显微镜，其中观察电子束由具有与照明电子束的能量相等的能量的反射电子组成，照明电子光学系统由设置在电子源和光路切换装置之间的照明专用电子光学系统和设置在光路切换装置和样品表面之间的电子光学系统组成，图像聚焦电子光学系统由设置在探测装置和光路切换装置之间的图像聚焦专用电子光学系统以及上述电子光学系统组成，并且此电子光学系统共享照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统的功能中的一些功能。
3.如权利要求2所述的映像电子显微镜，其中观察电子束由具有与照明电子束的能量相等的能量的反射电子组成，并且照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统仅由设置在光路切换装置和样品表面之间的电子光学系统组成。
4.如权利要求1所述的映像电子显微镜，其中光路切换装置具有在等于或小于照明电子束中的电子从光路切换装置到达样品表面所需时间的时间内把照明电子束引导到样品表面的功能。
5.如权利要求1所述的映像电子显微镜，其中光路切换装置具有在等于或小于照明电子束中的电子完成在电子光学系统中电子束的最收敛点和样品之间的往返行程所需时间的时间内把照明电子束引导到样品表面的功能。
6.一种映像电子显微镜，该映像电子显微镜使从电子源发出的照明电子束经照明电子光学系统入射到样品表面上，并使从该样品表面发出的电子经图像聚焦电子光学系统聚焦到探测装置上作为观察电子束，其中观察电子束由具有与照明电子束的能量相等的能量的反射电子组成，照明电子光学系统由设置在电子源和光路切换装置之间的照明专用电子光学系统和设置在光路切换装置与样品表面之间的电子光学系统组成，图像聚焦电子光学系统由设置在探测装置和光路切换装置之间的图像聚焦专用电子光学系统以及上述电子光学系统组成，并且此电子光学系统共享照明电子光学系统和图像聚焦电子光学系统的功能中的一些功能。
7.一种微器件制造法，具有步骤利用权利要求1至6中任一项的映像电子显微镜检查微器件或微器件的中间产品的表面。
8.一种电子显微镜，包括电子源，该电子源使照明电子束入射到样品表面上；探测器，该探测器探测从样品表面发出的作为观察电子束的电子；和光路切换装置，该光路切换装置使照明电子束在规定定时入射到样品表面上，并使观察电子束在不同的规定定时到达探测器。
9.如权利要求8所述的电子显微镜，其中光路切换装置具有根据是否对该光路切换装置施加电压而在上述规定定时和上述另一规定定时之间切换的功能。
10.一种用于观察样品表面的样品表面观察法，其中发出照明电子束，使该照明电子束在规定定时入射到样品表面上，使从样品表面发出的观察电子在不同于上述规定定时的定时到达探测器，并通过探测器探测观察电子，从而获得样品表面的图像。
全文摘要
从阴极1发出的照明束4入射到偏转器3上。在对偏转器3施加电压的状态下，由偏转器3改变照明束4的光路；然后，照明束4穿过公共电子光学系统7，并对样品6的表面照明。在不对偏转器3施加电压的情况下，照明束4直接穿过偏转器3，并被电子吸收板17吸收。照明束4在穿过公共电子光学系统7时衰减，以致于该电子束4在到达样品6表面的时间点的能量接近于0eV。当照明束4入射到样品6上时，从样品6产生反射电子8。这些反射电子8穿过公共电子光学系统7，而且，在不对偏转器3施加电压的情况下，这些反射电子8穿过图像聚焦电子光学系统9，使得电子投射到MCP探测器10上。
文档编号H01J37/04GK1910725SQ20058000250
公开日2007年2月7日 申请日期2005年1月13日 优先权日2004年1月14日
发明者兼松惠理 申请人:株式会社尼康, 株式会社荏原制作所