JP2003234078A

JP2003234078A - 電子線装置

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Publication number: JP2003234078A
Application number: JP2002031695A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Nakasuji; 護中筋; Takao Kato; 隆男加藤; Toru Satake; 徹佐竹; Shinji Nomichi; 伸治野路
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2003-08-22
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP3908963B2

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度のマルチビームを放出可能な電子銃を
備え、高精度で試料評価を行いうる電子線装置を提供す
る。【解決手段】カソード電極１１の底面１１Ａに、光軸
１４を中心とした環状の電子放出部２を形成し、ウェー
ネルト電極１２の底板１２Ａに、電子放出部２に正対し
て電子放出部２の延設方向に沿って配置された複数のウ
ェーネルト開口部１２Ｂを形成する。一次電子線２は、
電子線放出部２とウェーネルト開口部１２Ｂの重なり部
分から放出され、マルチビームとなる。アノード電極１
３には、複数の一次電子線２が通過しうるアノード開口
部１３Ａを設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えばウェーハ等
の試料の評価に使用される電子線装置に関し、特に電子
線装置の電子銃から高精度のマルチビームを放出可能と
する改良に関する。

【０００２】

【従来技術】従来から、半導体ウェーハ等の試料を評価
するために、電子線装置が用いられている。電子線装置
は、電子銃から放出された一次電子線を試料上で走査
し、試料から生じる二次電子線に基づいて、試料の評価
を行う。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような電子線装置
において、高いスループットを得るため、電子銃から複
数の電子線（マルチビーム）を放出可能とすることが提
案されている。しかしながら、従来、マルチビームを放
出する電子銃には、例えば最小線幅０．１μｍ以下のパ
ターンを有するウェーハの評価を高スループットかつ高
信頼性で行うために、十分な性能を有するものがなかっ
た。例えば、ＦＥアレー等ではショット雑音が大きく、
たとえ比較的大きなビーム電流が得られたとしても、高
Ｓ／Ｎ比の信号が得られないという問題があった。

【０００４】本発明は、このような問題点に着目してな
されたもので、高精度のマルチビームを放出可能な電子
銃を備え、高精度で試料評価を行いうる電子線装置を提
供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明にかかる電子線装
置は、電子線を放出する電子銃と、この電子銃から放出
された電子線を試料に指向させる光学系とを備えた電子
線装置であって、前記電子銃は、カソード電極、ウェー
ネルト電極及びアノード電極を備え、前記カソード電極
は、当該電子線装置の光軸を中心として回転方向に延び
る隆起部からなる電子放出部を備え、前記ウェーネルト
電極は、複数のウェーネルト開口部を備えている。

【０００６】具体的には、前記電子放出部は、光軸を中
心とする環状の隆起部とすることができる。また、前記
電子放出部は、複数の円弧状隆起部としてもよい。

【０００７】前記カソード電極は前記電子放出部が設け
られる電子放出面を備え、前記ウェーネルト電極は前記
ウェーネルト開口部が形成された板部を備え、前記電子
放出面と前記板部の平行度を調節する平行度調節手段を
備えるようにしてもよい。

【０００８】前記複数のウェーネルト開口部は、光軸を
中心とする放射方向に延びる互いに等しい幅のスリット
状とすることが好ましい。前記複数のウェーネルト開口
部は、前記電子放出部と前記ウェーネルト開口部の前記
光軸方向から見た交差部分が、前記光軸に垂直な所定方
向へ投影したときに等間隔で並ぶように配列されている
ことが好ましい。

【０００９】前記アノード電極に、複数の前記ウェーネ
ルト開口部からの複数の電子線を通すアノード開口部を
設けてもよい。前記アノード開口部は、前記電子放出部
に整合して延びる円弧状の穴であってもよい。

【００１０】また本発明にかかる電子線装置は、電子線
を放出する電子銃と、この電子銃から放出された電子線
を試料に指向させる光学系とを備えた電子線装置であっ
て、前記電子銃は、前記試料に向かう方向で順に配置さ
れたカソード電極、ウェーネルト電極及びアノード電極
を備え、前記アノード電極に、前記カソード電極から放
出され前記ウェーネルト電極を通った複数の電子線を通
すアノード開口部を設けている。

【００１１】前記カソードを、ショット雑音があらかじ
め決められた値以下となる条件で動作させることが好ま
しい。また本発明にかかるデバイス製造方法は、上記い
ずれか一つの電子線装置を用いて、ウェーハの評価を行
う。

【００１２】

【発明の作用及び効果】本発明では、カソード電極の電
子放出部を、光軸回りの回転方向に延設された隆起部
（例えば、連続した環状隆起部又は複数の円弧状隆起
部）とし、この電子放出部から放出された電子が、例え
ば電子放出部に対して光軸方向に整合した（電子放出部
の延設方向に沿った）配列でウェーネルト電極に形成さ
れた複数のウェーネルト開口部を通過することにより、
複数の一次電子線が生成される。したがって、カソード
電極の電子放出部とウェーネルト電極のウェーネルト開
口部の平行度を保ちさえすれば、カソード電極とウェー
ネルト電極の位置関係が、光軸回りの回転方向あるいは
光軸に垂直な平面内の方向に多少ずれたとしても、精度
のよいマルチビームを生成できる。結果として、電子線
装置は、高精度のマルチビームを用いて、高スループッ
ト及び高信頼性を持って試料評価を行うことができる。

【００１３】また、平行度調整手段を備えれば、カソー
ド電極の電子放出部が設けられた電子放出面とウェーネ
ルト電極のウェーネルト開口部が設けられた板部を平行
に保つことができるので、電子放出部とウェーネルト開
口部の位置関係が適切に維持され、一様なマルチビーム
を生成できる。

【００１４】また、ウェーネルト開口部を、光軸を中心
とする放射方向に長手方向を向けた長方形形状とすれ
ば、複数のウェーネルト開口部を、間隔を詰めて配置す
ることができ、小さなカソード電極から多数のマルチビ
ームを得ることができる。

【００１５】また、アノード電極に形成されたアノード
開口部に、複数の一次電子線が通過するようにすれば、
複数の一次電子線に大きな収差が発生しないようにで
き、各一次電子線の強度を大きくすることができる。

【００１６】また、カソード電極を、空間電荷制限条件
で動作させることにより、ショット雑音があらかじめ決
められた値となる条件で動作させれば、ショット雑音を
大幅に低減できる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の各実施形態を説明する。図１には、本実施形態の電子
線装置の全体構成を示す。図示されるように、電子線装
置１は、一次電子線２を照射する電子銃１０と、この一
次電子線２を集束させて試料３（例えば半導体ウェー
ハ）上で走査する光学系２０とからなる。

【００１８】光学系２０は、コンデンサレンズ２１と、
縮小レンズ２２と、対物レンズ２３と、偏向器２４と、
ウィーンフィルター２５とを備えている。電子銃１０か
ら放出された一次電子線２は、コンデンサレンズ２１で
収束され、クロスオーバーを形成した後、縮小レンズ２
２により縮小され、対物レンズ２４により試料台４上に
載置された試料３上に合焦される。縮小レンズ２２の直
ぐ下方には、偏向器２４が設けられており、一次電子線
２は、この偏向器２３により試料３上で走査させられ
る。一次電子線２の照射により試料３から発生した二次
電子線５は、ウィーンフィルター２５により、図示され
ない検出器に導かれる。検出器においては、二次電子を
画像処理することにより、試料３の評価が行われる。

【００１９】図２に詳細に示すように、電子銃１０は、
主として、カソード電極１１と、ウェーネルト電極１２
と、アノード電極１３とから構成される。カソード電極
１１は、例えばＬａＢ₆単結晶からなるもので、光軸１
４と垂直な底面１１Ａを備えている。なお、本実施形態
では、光軸１４の方向をＺ軸としている。

【００２０】底面１１Ａには、光軸１４を中心とした環
状の隆起部である電子放出部１１Ｂが形成されている。
電子放出部１１Ｂは、断面が略三角形の尾根形状をして
いる。なお、本実施形態では、電子放出部１１Ｂを環状
の隆起部としたが、本発明はこのような形態に限られる
ものではなく、電子放出部は光軸を中心とする回転方向
（円周方向）に延びる隆起部であれば、どのような形状
のものでもよい。例えば、電子放出部を、環に沿って配
列された複数の円弧状隆起部から形成しても構わない。

【００２１】カソード電極１１の胴体部１１Ｃは、グラ
ファイトからなるヒータ部材１５Ａ、１５Ｂにより両側
から保持される。ヒータ部材１５Ａ、１５Ｂの外側に
は、それぞれ金属電極１６Ａ、１６Ｂが配設され、ヒー
タ部材１５Ａ、１５Ｂ及びカソード電極１１を支持して
いる。これらの金属電極１６Ａ、１６Ｂに電圧を印加す
ることにより、ヒータ部材１５Ａ、１５Ｂに電流を流
し、その発熱でカソード電極１１が熱せられ、電子放出
部１１Ｂから電子線が放出される。

【００２２】ウェーネルト電極１２は、中空の略円筒形
状の電極で、その中空の内部に、カソード電極１１を同
軸上に収容している。ウェーネルト電極１２の底板１２
Ａとカソード電極１１の底面１１Ａは、相対して配置さ
れ、図示されない平行度調整機構により、平行に保持さ
れるようになっている。

【００２３】図３によく示されるように、底板１２Ａに
は、電子放出部１１Ｂに正対する位置に、複数のウェー
ネルト開口部１２Ｂが、電子放出部１１Ｂの延設方向
（光軸１４を中心とする円周方向）に沿って配列されて
いる。各ウェーネルト開口部１２Ｂは、略長方形のスリ
ットであり、その長手方向を、光軸１４を中心とする放
射方向に向けて配置されている。

【００２４】電子放出部１１Ｂから放出された電子は、
ウェーネルト開口部１２Ｂを通過することにより、ウェ
ーネルト開口部１２Ｂと同数（本実施形態では１２個）
の一次電子線（マルチビーム）に成形される。

【００２５】このように、カソード電極１１の電子放出
部１１Ｂを、光軸１４を中心とする円周方向に延びる尾
根状のものとし、電子放出部１１Ｂからの電子放出が、
この電子放出部１１Ｂの延設方向に沿って配設された複
数のウェーネルト開口部１３Ｂを通過することでマルチ
ビームが生成されるようにしたので、精度のよいマルチ
ビームを生成するために要求されるカソード電極１１と
ウェーネルト電極１２の位置合わせが極めて容易にな
る。つまり、カソード電極１１とウェーネルト電極１２
の位置合わせが、光軸１４を中心とする回転方向に多少
ずれても問題は生じないし、光軸１４に垂直な方向（Ｘ
Ｙ平面内の方向）へのずれに対しても許容度が大きい。
ただし、マルチビームの強度を一様にするためには、カ
ソード電極１１の底面１１Ａとウェーネルト電極１２の
底板１２Ａの平行度は高精度で要求されるので、これに
ついては図示されない平行度調整機構により、精密に調
整する。

【００２６】また、各ウェーネルト開口部１２Ｂを、光
軸１４を中心として放射方向に延びる長方形のスリット
形状にしているので、複数のウェーネルト開口部１２Ｂ
を狭い間隔で並べることができ、結果として、小さなカ
ソード電極１１から多数の一次電子線２を生成すること
ができる。具体的には、例えば４ｍｍφのＬａＢ₆から
なるカソード電極から、１２個〜３２個のマルチビーム
を放出することができる。

【００２７】また、図３に示すように、ウェーネルト開
口部１２Ｂの配列は、光軸（Ｚ軸）方向から見た電子放
出部１１Ｂとウェーネルト開口部１２Ｂの交差点が、光
軸１４に垂直な所定方向（Ｘ軸方向）に投影したときに
等間隔に並ぶような配置となっている（Ｘ軸への投影を
ウェーネルト電極１２の底面図の下方に示す）。

【００２８】なお、ウェーネルト開口部１２Ｂの幅を大
きくすると、光軸１４を中心とする回転方向への放出が
増加し、ウェーネルト開口部１２Ｂのアライメントが容
易になる。

【００２９】図２及び図４に示すように、アノード電極
１３は、カソード電極１１及びウェーネルト電極１２と
同軸上に配置された円盤状の電極であり、カソード電極
１１及びウェーネルト電極１２の下方に、カソード電極
１１の底面１１Ａ及びウェーネルト電極１２の底板１２
Ａに対して平行に配設されている。このアノード電極１
３には、カソード電極１１の電子放出部１１Ｂ及びウェ
ーネルト電極１２のウェーネルト開口部１２Ｂに正対す
る位置に、一対の円弧状のアノード開口部１３Ａが形成
されている。各アノード開口部１３Ａは、電子放出部１
１Ｂの延設方向に沿って延び、複数のウェーネルト開口
部１２Ｂから放出された複数の一次電子線２（本実施形
態では各ウェーネルト開口部１２Ｂから６本の一次電子
線２）が、通過するようになっている。このように、複
数の一次電子線２が円弧状のアノード開口部１３Ａを通
過するようにしたので、マルチビームに放射方向の異常
な力が作用せず、マルチビームに収差が発生しないよう
にできる。したがって、各ビームの強度を大きくするこ
とができる。なお、本実施形態で、アノード開口部１３
Ａを２つにしたのは、アノード開口部１３Ａの間の部分
で、アノード電極１３の光軸１４上の部分を保持できる
ようにするためである。

【００３０】電子銃１０は以上のように構成されるが、
この電子銃１０は、空間電荷制限条件で動作させ、ショ
ット雑音が、温度制限条件で使う場合の１／３以下、１
／５以下等のあらかじめ決められた値以下になる条件で
使うようにするとよい。これにより、ショット雑音を小
さくでき、高速でＳＥＭ画像を形成しても良質の画像を
得ることができ、試料３の評価（欠陥検査等）を、高い
信頼性をもって行える。

【００３１】図５は、本発明の電子線装置が用いられ得
る半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャート
である。この半導体デバイス製造方法は、以下の主工程
を持つ。（１）ウェーハ３１を製造するウェーハ製造工程１０１
又はウェーハ３１を準備するウェーハ準備工程。（２）露光に使用するマスク（レチクル）３２を製作す
るマスク製造工程１１１又はマスクを準備するマスク準
備工程。（３）ウェーハ３１に必要な加工を行うウェーハプロセ
ッシング工程１０２。（４）ウェーハ３１上に形成されたチップ３３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１０
３。（５）できたチップ３３を検査するチップ検査工程１０
４及び検査に合格したチップからなる製品（半導体デバ
イス）１０５を得る工程。

【００３２】なお、これらの主工程は、それぞれ幾つか
のサブ工程を含む。図５で波線で囲んだ工程は、ウェー
ハプロセッシング工程１０２のサブ工程を示す。上記
（１）〜（６）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１０２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。

【００３３】このウェーハプロセッシング工程１０２
は、以下の工程を含む。（６）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極
部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶ
Ｄやスパッタリング等を用いる）。（７）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程１
２２。（８）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）を用いてレジストのパターンを形
成するリゾグラフィー工程１２１。（９）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１２２（例えばドライエッチング技術
を用いる）。（１０）イオン・不純物注入拡散工程１２２。（１１）レジスト剥離工程。（１２）加工されたウェーハを検査する検査工程１２
３。なお、ウェーハプロセッシング工程１０２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。

【００３４】図５のフロー図は、上記（６）、（７）、
（９）及び（１０）をまとめて一つのステップ１２２で
示し、また、繰り返し工程をステップ１２４で示す。上
記（１２）の検査工程１２３に本発明の電子線装置を用
いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイ
スであっても、高いスループットで検査でき、製品の歩
留まり向上、欠陥製品の出荷防止が可能となる。

【００３５】図６は、図５の製造方法におけるリゾグラ
フィー工程１２１の詳細を示すフロー図である。リゾグ
ラフィー工程１２１は、（１３）前段の工程で回路パターンが形成されだウェー
ハ３１上にレジストを被覆するレジスト塗布工程１３
１、（１４）レジストを露光する露光工程１３２、（１５）露光されたレジストを現像してレジストパター
ンを得る現像工程１３３、（１６）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１３４、を含む。なお、半導体デバイス製造工程、ウェーハプロ
セッシング工程、及びリゾグラフィー工程は周知のもの
であるから、これ以上の説明は省略する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態における電子線装置の全体構
成図である。

【図２】同じく電子銃の断面図である。

【図３】同じくウェーネルト電極の底面図である。

【図４】同じくアノード電極の底面図である。

【図５】本発明の電子線装置が用いられ得る半導体デバ
イス製造方法の一例を示すフローチャートである。

【図６】図８の製造方法におけるリゾグラフィー工程の
詳細を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１電子線装置２一次電子線３試料５二次電子線１０電子銃１１カソード電極１１Ａカソード電極の底面１１Ｂ電子放出部１２ウェーネルト電極１２Ａウェーネルト電極の底板１２Ｂウェーネルト開口部１３アノード電極１３Ａアノード開口部１４光軸２１コンデンサレンズ２２縮小レンズ２３対物レンズ２４偏向器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 (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Ｆターム(参考） 5C030 BB02 BB05 BB06 BB17 BC09 5C033 FF10 JJ07 MM07 UU02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子線を放出する電子銃と、この電子銃
から放出された電子線を試料に指向させる光学系とを備
えた電子線装置であって、前記電子銃は、カソード電極、ウェーネルト電極及びア
ノード電極を備え、前記カソード電極は、当該電子線装置の光軸を中心とし
て回転方向に延びる隆起部からなる電子放出部を備え、前記ウェーネルト電極は、複数のウェーネルト開口部を
備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】前記電子放出部は、光軸を中心とする環
状の隆起部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３】前記電子放出部は、複数の円弧状隆起部
からな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】前記カソード電極は前記電子放出部が設
けられる電子放出面を備え、前記ウェーネルト電極は前
記ウェーネルト開口部が形成された板部を備え、前記電
子放出面と前記板部の平行度を調節する平行度調節手段
を備えたことを特徴とする請求項１から請求項３のいず
れか一つに記載の電子線装置。
【請求項５】前記複数のウェーネルト開口部は、光軸
を中心とする放射方向に延びる互いに等しい幅のスリッ
ト状であることを特徴とする請求項１から請求項３のい
ずれか一つに記載の電子線装置。
【請求項６】前記複数のウェーネルト開口部は、前記
電子放出部と前記ウェーネルト開口部の前記光軸方向か
ら見た交差部分が、前記光軸に垂直な所定方向へ投影し
たときに等間隔で並ぶように配列されていることを特徴
とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の電
子線装置。
【請求項７】前記アノード電極に、複数の前記ウェー
ネルト開口部からの複数の電子線を通すアノード開口部
を設けたことを特徴とする請求項１から請求項６のいず
れか一つに記載の電子線装置。
【請求項８】前記アノード開口部は、前記電子放出部
に整合して延びる円弧状の穴であることを特徴とする請
求項７に記載の電子線装置。
【請求項９】電子線を放出する電子銃と、この電子銃
から放出された電子線を試料に指向させる光学系とを備
えた電子線装置であって、前記電子銃は、前記試料に向かう方向で順に配置された
カソード電極、ウェーネルト電極及びアノード電極を備
え、前記アノード電極に、前記カソード電極から放出され前
記ウェーネルト電極を通った複数の電子線を通すアノー
ド開口部を設けたことを特徴とする電子線装置。
【請求項１０】カソードを、ショット雑音があらかじ
め決められた値以下となる条件で動作させることを特徴
とする請求項１から請求項９のいずれか一つに記載の電
子線装置。
【請求項１１】請求項１から請求項１０のいずれか一
つに記載の電子線装置を用いて、ウェーハの評価を行う
ことを特徴とするデバイス製造方法。