JP2003323860A - Electron beam equipment and manufacturing method of device using the same - Google Patents

Electron beam equipment and manufacturing method of device using the same

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JP2003323860A
JP2003323860A JP2002130641A JP2002130641A JP2003323860A JP 2003323860 A JP2003323860 A JP 2003323860A JP 2002130641 A JP2002130641 A JP 2002130641A JP 2002130641 A JP2002130641 A JP 2002130641A JP 2003323860 A JP2003323860 A JP 2003323860A
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JP
Japan
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electron beam
electron
cathode
beam apparatus
electron gun
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Application number
JP2002130641A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Satake
徹 佐竹
Takao Kato
隆男 加藤
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Ebara Corp
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Ebara Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electronic beam equipment using an electron gun wherein brightness is increased by efficiently heating the cathode. <P>SOLUTION: This electronic beam equipment is provided with an electron gun having a thermionic emission cathode 1, a Wehnelt 2 and an anode 3, and a shaft centering device 4 for adjusting the positions of the cathode 1, Wehnelt 2 and the anode 3. When an accelerating voltage in the electron gun is taken as Vo volt, a current is made to flow into the electron gun so that the brightness is 1×10<SP>6</SP>×(Vo/4.5×10<SP>3</SP>) A/cm<SP>2</SP>sr or more. When the Vo is 4.5 kV, it is desirable that the brightness of the electron gun is 1×10<SP>6</SP>A/cm<SP>2</SP>sr or more, and a crossover made by the electron gun is formed on a sample side from the anode. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、熱電子放出カソー
ドを効率よく加熱して、現在使用されているよりも遥か
に高輝度の電子線を得ることができ、しかもビーム電流
が大きく且つ各ビーム間の強度ばらつきの小さい寸法の
マルチビームを生成することができる電子線装置、及び
該電子線装置で作られたビームを用いてプロセス途中の
ウェーハの評価を行うことにより歩留りを向上させたデ
バイス製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is capable of efficiently heating a thermionic emission cathode to obtain an electron beam having a much higher brightness than that currently used, and has a large beam current and each beam. Electron beam apparatus capable of generating multi-beams with small intensity variation between devices, and device manufacturing with improved yield by evaluating wafers in process using beams produced by the electron beam apparatus Regarding the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の電子線装置に用いられる電子銃に
おいては、熱電子放出カソードの輝度を上げるために電
子銃に磁気レンズの場を重畳させることが行われてい
た。また、熱電子放出カソードを有する電子銃において
は、空間電荷制限条件の下で動作させると輝度が低いの
が一般的であり、温度制限条件で動作させるときに最大
輝度が得られると言われている。更に、円の直径が比較
的大きいカソードを加熱する場合、こうしたカソードを
直に熱することは困難であるため、エレクトロン・ボン
バード等による傍熱が使われるのが普通であった。
2. Description of the Related Art In an electron gun used in a conventional electron beam apparatus, a field of a magnetic lens is superposed on the electron gun in order to increase the brightness of a thermionic emission cathode. Further, an electron gun having a thermionic emission cathode generally has low brightness when operated under space charge limiting conditions, and it is said that maximum brightness is obtained when operated under temperature limiting conditions. There is. Further, when heating a cathode having a relatively large circle diameter, it is difficult to directly heat such a cathode, so that side heat by electron bombardment or the like is usually used.

【0003】また、マルチビーム型の電子線装置におい
ては、通常、マルチビームはケーラ照明方式又はクリテ
ィカル照明方式によって形成される。一方、マルチビー
ムを形成するために、複数の突起を有するウェーネルト
開口とアノードを有する電子銃が提案されている。
In the multi-beam type electron beam apparatus, the multi-beam is usually formed by the Koehler illumination system or the critical illumination system. On the other hand, in order to form a multi-beam, an electron gun having a Wehnelt aperture having a plurality of protrusions and an anode has been proposed.

【0004】なお、従来のLaB6電子銃において得ら
れる輝度は、20kVにおいて6.8×106A/cm2
sr程度であり、4.5kVでは8×104A/cm2
r程度である。
The brightness obtained by the conventional LaB 6 electron gun is 6.8 × 10 6 A / cm 2 at 20 kV.
It is about sr, and 8 × 10 4 A / cm 2 s at 4.5 kV
It is about r.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、電子銃に磁場
を重畳させるには、電子線装置の構造が複雑になるばか
りで、収差を小さくすることができるのみであり、輝度
の向上は余り期待することができない。また、傍熱型の
カソードは効率が悪いうえに、構造と制御電源が複雑に
なるという問題がある。しかも、熱電子放出カソードを
有する電子銃の輝度は、TFEカソードを有する電子銃
に比べて2桁以上小さい。
However, in order to superimpose a magnetic field on the electron gun, the structure of the electron beam device is complicated, and the aberration can only be reduced. Can not do it. Further, the indirectly heated cathode has a problem that the efficiency is low and the structure and the control power source are complicated. Moreover, the brightness of the electron gun having the thermionic emission cathode is smaller than that of the electron gun having the TFE cathode by two digits or more.

【0006】ケーラ照明方式によってマルチビームを得
る場合には、各ビームが作るクロスオーバー位置と個々
のビームが作るクロスオーバー位置とが一致していない
と、NA開口の位置をどちらに一致させるべきかが決ま
らないという問題がある。一方、複数の突起とウェーネ
ルト開口とを有する電子銃では、各突起とウェーネルト
開口との位置精度を厳格にする必要がある。
When a multi-beam is obtained by the Koehler illumination system, if the crossover positions formed by the respective beams and the crossover positions formed by the individual beams do not match, which position of the NA aperture should be matched? There is a problem that is not decided. On the other hand, in an electron gun having a plurality of projections and a Wehnelt opening, it is necessary to make the positional accuracy of each projection and the Wehnelt opening strict.

【0007】本発明は上記の種々の課題を解決するため
に提案されたものであり、本発明の一つの目的は、カソ
ードを効率よく加熱する方法と輝度を大きくした電子銃
を用いた電子線装置を提供することにある。
The present invention has been proposed to solve the above-mentioned various problems, and one object of the present invention is to provide a method for efficiently heating the cathode and an electron beam using an electron gun with increased brightness. To provide a device.

【0008】本発明の他の目的は、個々のビームのクロ
スオーバー位置と各ビームのクロスオーバー位置とが一
致しなくとも適応可能なマルチビーム系を有する電子線
装置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an electron beam apparatus having a multi-beam system which can be adapted even if the crossover positions of the individual beams and the crossover positions of the respective beams do not match.

【0009】本発明の別の目的は、1つのカソードでマ
ルチビームを形成することができ、カソードとウェーネ
ルトとについて厳しい位置精度が要求されない電子線装
置を提供することにある。
Another object of the present invention is to provide an electron beam apparatus which can form a multi-beam with one cathode and which does not require strict positional accuracy for the cathode and Wehnelt.

【0010】本発明の更に他の目的は、LaB6製のカ
ソードを有する電子銃を用いたときにも従来より一桁以
上大きい輝度を得ることができる電子銃を用いた電子線
装置を提供することにある。
Still another object of the present invention is to provide an electron beam apparatus using an electron gun which can obtain a brightness larger than that of the conventional one by one digit even when the electron gun having a cathode made of LaB 6 is used. Especially.

【0011】本発明の別の目的は、これらの電子線装置
を用いて歩留まり良くデバイスを製造する方法を提供す
ることにある。
Another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a device with good yield using these electron beam apparatuses.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項1の発明は、熱電子放出カソードとウェーネ
ルトとアノードとを有する電子銃を備えた電子線装置で
あって、前記電子銃における加速電圧をVoボルトとし
たとき、輝度が1×106×(Vo/4.5×103)A
/cm2sr以上になるよう、前記電子銃に電流を流す
ことを特徴とする電子線装置、を提供する。
In order to achieve the above object, the invention of claim 1 is an electron beam apparatus including an electron gun having a thermionic emission cathode, a Wehnelt and an anode. The luminance is 1 × 10 6 × (Vo / 4.5 × 10 3 ) A when the accelerating voltage in FIG.
Provided is an electron beam device, wherein an electric current is passed through the electron gun so that the electric current is equal to or higher than / cm 2 sr.

【0013】請求項2の発明は、前記カソードの形状を
27μm以下の曲率を有する球面の一部としたことを特
徴とする。請求項3の発明は、前記Voが4.5kVで
あり、前記電子銃の輝度が1×106A/cm2sr以上
であり、前記電子銃が作るクロスオーバーが前記アノー
ドよりも試料側に形成されることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, the shape of the cathode is part of a spherical surface having a curvature of 27 μm or less. In the invention of claim 3, the Vo is 4.5 kV, the brightness of the electron gun is 1 × 10 6 A / cm 2 sr or more, and the crossover created by the electron gun is closer to the sample side than the anode. It is formed.

【0014】請求項4の発明は、前記電子銃から放出さ
れる一次電子線を成形開口板に照射し、該成形開口板の
像を前記試料の面上に結像させることを特徴とする。請
求項5の発明は、熱電子放出カソード、ウェーネルト及
びアノードを有する電子銃を空間電荷制限条件で動作さ
せ、もって前記電子銃を温度制限条件におけるよりも高
輝度で動作させることを特徴とする電子線装置、を提供
する。
The invention of claim 4 is characterized in that the primary electron beam emitted from the electron gun is irradiated onto the shaping aperture plate to form an image of the shaping aperture plate on the surface of the sample. According to a fifth aspect of the present invention, an electron gun having a thermionic emission cathode, a Wehnelt and an anode is operated under a space charge limiting condition, so that the electron gun is operated at a higher brightness than under a temperature limiting condition. Wire device.

【0015】請求項6の発明は、複数の電子放出領域を
有するカソードと、ウェーネルトとアノードとを有する
電子銃を備えた電子線装置であって、それぞれの前記電
子放出領域から放出された一次電子線がコンデンサ・レ
ンズ及び縮小レンズを有する光学系によって作るクロス
オーバー像を、成形開口板の開口に形成し、前記電子放
出領域の中心からそれぞれ放出された電子線の主光線が
光軸と交わる位置にNA開口板を配置したことを特徴と
する電子線装置、を提供する。
According to a sixth aspect of the present invention, there is provided an electron beam apparatus including an electron gun having a cathode having a plurality of electron emission regions and a Wehnelt and an anode, wherein primary electrons emitted from each of the electron emission regions. A position where a line forms a crossover image formed by an optical system having a condenser lens and a reduction lens in the aperture of the shaping aperture plate, and the principal ray of the electron beam emitted from the center of the electron emission region intersects the optical axis. An electron beam device, characterized in that an NA aperture plate is arranged in the.

【0016】請求項7の発明は、基部と、該基部に連な
り且つ前記基部よりも大径の電子放出材料とを有するカ
ソードを備える電子線装置であって、前記基部及び前記
電子放出材料の前記基部の側の面と直接接触するよう設
けられた加熱用ヒータを設けたことを特徴とする電子線
装置、を提供する。
According to a seventh aspect of the present invention, there is provided an electron beam device comprising a cathode having a base portion and an electron-emitting material which is continuous with the base portion and has a diameter larger than that of the base portion. Provided is an electron beam apparatus comprising a heating heater provided so as to be in direct contact with the surface on the base side.

【0017】請求項8の発明は、前記カソードと前記ウ
ェーネルトと前記アノードとの位置を調整するための軸
合わせ装置を具備したことを特徴とする。請求項9の発
明は、電子放出面に尾根状の突起が円環状に形成された
カソードと、前記円に対応する円周上に設けられた複数
の小開口を有するウェーネルトと、アノードとを具備
し、それぞれの前記小開口の中心が前記突起の頂点と位
置的に対応することを特徴とする電子線装置、を提供す
る。
The invention of claim 8 is characterized by comprising an axis aligning device for adjusting the positions of the cathode, the Wehnelt, and the anode. According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a cathode in which a ridge-shaped projection is formed in an annular shape on an electron emission surface, a Wehnelt having a plurality of small openings provided on a circumference corresponding to the circle, and an anode. An electron beam apparatus is provided in which the center of each of the small openings corresponds to the apex of the protrusion in position.

【0018】請求項10の発明は、カソードとウェーネ
ルトとアノードとを有する電子銃を備える電子線装置で
あって、前記ウェーネルトに印加する電圧又は前記電子
銃に流す電流を調整して、前記電子銃の輝度が最大で且
つ前記電子銃が空間電荷制限領域で動作する動作点を選
択したことを特徴とする電子線装置、を提供する。
According to a tenth aspect of the present invention, there is provided an electron beam apparatus including an electron gun having a cathode, a Wehnelt and an anode, wherein the voltage applied to the Wehnelt or the current passed through the electron gun is adjusted to adjust the electron gun. The electron beam device is characterized in that the operating point at which the electron gun operates in the space charge limited region is selected and the brightness is maximum.

【0019】請求項11の発明は、カソードとウェーネ
ルトとアノードとを有する電子銃を備えた電子線装置で
あって、前記カソードと前記ウェーネルトとの周辺の電
界が形成する凸レンズが作る球面収差を、空間電荷効果
による凹レンズ作用と前記アノードの穴による凹レンズ
作用とによる負の球面収差で実質的に打ち消すことを特
徴とする電子線装置、を提供する。
An eleventh aspect of the present invention is an electron beam apparatus including an electron gun having a cathode, a Wehnelt, and an anode, wherein spherical aberration created by a convex lens formed by an electric field around the cathode and the Wehnelt is: There is provided an electron beam device characterized in that it is substantially canceled by a negative spherical aberration due to the concave lens action due to the space charge effect and the concave lens action due to the hole of the anode.

【0020】請求項12の発明は、空間電荷制限条件で
動作するLaB6製のカソードを有する電子銃を備えた
電子線装置であって、前記電子銃の加速電圧をVoとし
たとき、前記電子銃の輝度が1×106×(Vo/45
00)A/cm2sr以上であることを特徴とする電子
線装置、を提供する。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided an electron beam apparatus including an electron gun having a cathode made of LaB6 which operates under a space charge limiting condition, wherein the electron gun has an acceleration voltage of Vo. Brightness of 1 × 10 6 × (Vo / 45
00) An electron beam device characterized by having A / cm 2 sr or more.

【0021】請求項13の発明は、前記Voが4.5k
Vであることを特徴とする。請求項14の発明は、請求
項1〜13の発明のいずれか一つにおける電子線装置を
用いて、プロセス途中の試料の評価を行うことを特徴と
する半導体デバイス製造方法、を提供する。
According to the invention of claim 13, the Vo is 4.5 k.
It is characterized by being V. A fourteenth aspect of the present invention provides a semiconductor device manufacturing method, characterized in that an electron beam apparatus according to any one of the first to thirteenth aspects is used to evaluate a sample during a process.

【0022】[0022]

【発明の実施の形態】以下、図1〜図6により、本発明
に係る電子線装置の若干の実施の形態について説明す
る。図1の(a)及び(b)は、本発明に係る電子線装
置の第1の実施の形態の構成を概略的に示す図で、電子
銃のカソード1はLaB6単結晶製であり、その先端の
曲率半径は15μmである。ウェーネルト2とアノード
3との同軸度は、電子銃からのビームを見ながら、真空
の鏡筒(図示せず)外から機械的軸合わせ装置4によっ
て調整可能である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Some embodiments of an electron beam apparatus according to the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 (a) and 1 (b) are diagrams schematically showing a configuration of a first embodiment of an electron beam apparatus according to the present invention, in which an electron gun cathode 1 is made of LaB 6 single crystal, The radius of curvature of the tip is 15 μm. The coaxiality between the Wehnelt 2 and the anode 3 can be adjusted by a mechanical alignment device 4 from outside a vacuum lens barrel (not shown) while observing the beam from the electron gun.

【0023】アノード3は直径が4μm以下の穴を有し
ており、この穴の凹レンズ作用によって、カソード1と
ウェーネルト2が作る凸レンズ作用に起因する球面収差
を打ち消すことができる。これは、カソード1から放出
された一次電子線が、小さい寸法のクロスオーバーを形
成するためと考えられる。実際、シミュレーションをし
たところ、1×106A/cm2sr以上の高輝度が得ら
れるのは、クロスオーバー5がアノード3より試料側に
形成される場合であった。一般に、電子銃の加速電圧を
Voとすると、電子銃の輝度は1×106×(Vo/4
500)A/cm2sr以上であった。
The anode 3 has a hole with a diameter of 4 μm or less, and the concave lens action of this hole can cancel the spherical aberration caused by the convex lens action formed by the cathode 1 and the Wehnelt 2. It is considered that this is because the primary electron beam emitted from the cathode 1 forms a crossover having a small size. In fact, when a simulation was performed, it was when the crossover 5 was formed on the sample side of the anode 3 that a high brightness of 1 × 10 6 A / cm 2 sr or more was obtained. Generally, when the acceleration voltage of the electron gun is Vo, the brightness of the electron gun is 1 × 10 6 × (Vo / 4
500) A / cm 2 sr or more.

【0024】この電子銃で作る高輝度ビームを有効利用
するよう、成形ビームを用いる。即ち、クロスオーバー
5から発散してくる一次電子線をコンデンサ・レンズ6
で収束し、縮小レンズ7の手前且つNA開口板8の開口
位置にクロスオーバー像9を形成する。コンデンサ・レ
ンズ6の試料側に、正方形の成形開口板10を設け、こ
れによって、光軸付近の輝度の高いビームのみを通過さ
せる。成形開口板10の縮小像を縮小レンズ7と対物レ
ンズ11とで試料12の面上に形成する。
A shaped beam is used so that the high-intensity beam produced by this electron gun is effectively used. That is, the primary electron beam diverging from the crossover 5 is transferred to the condenser lens 6
Then, the crossover image 9 is formed in front of the reduction lens 7 and at the aperture position of the NA aperture plate 8. A square shaped aperture plate 10 is provided on the sample side of the condenser lens 6 so that only a high-luminance beam near the optical axis passes through. A reduced image of the shaping aperture plate 10 is formed on the surface of the sample 12 by the reduction lens 7 and the objective lens 11.

【0025】一次電子線を試料12の面上で走査するた
め、縮小レンズ7と対物レンズ11との間に偏向器1
3、14が設けられる。偏向器14は電磁偏向器であ
り、軌道15に沿って進行してきた一次電子線を光軸L
から離れるように偏向させて、図1の(b)に示すよう
に、光軸Lから少し離れた場所16をx方向に走査させ
る。その結果、一次電子線の走査により試料12から放
出される二次電子線は、偏向器14によって軌道17を
通るよう一次電子線とは反対の方向に偏向されるため、
二次電子線を一次電子線から分離することができ、これ
によって二次電子線を検出器18によって検出すること
が可能となる。
In order to scan the surface of the sample 12 with the primary electron beam, the deflector 1 is provided between the reduction lens 7 and the objective lens 11.
3, 14 are provided. The deflector 14 is an electromagnetic deflector that directs the primary electron beam traveling along the trajectory 15 to the optical axis L.
The position 16 slightly away from the optical axis L is scanned in the x direction as shown in FIG. As a result, the secondary electron beam emitted from the sample 12 by the scanning of the primary electron beam is deflected by the deflector 14 in the direction opposite to the primary electron beam so as to pass through the trajectory 17,
The secondary electron beam can be separated from the primary electron beam, so that the secondary electron beam can be detected by the detector 18.

【0026】図2は、電子銃電流を変化させたときの、
図1の(a)に示す電子銃における輝度をシミュレート
した結果を示すグラフである。図2において、曲線21
はカソード1とアノード3との距離が5.5mmである
場合、曲線22は同距離が3.5mmの場合を示してい
る。なお、このシミュレーションにおいて、カソードの
曲率半径は20μm、ウェーネルトの径は1.6mm、
カソードとウェーネルトのカソード側面との距離は0.
2mm、ウェーネルトの厚みは02.mm、アノードの
径は1.6mm、アノード電圧は4.5kVである。
FIG. 2 shows the results of changing the electron gun current.
3 is a graph showing the results of simulating the brightness of the electron gun shown in FIG. In FIG. 2, the curve 21
Shows the case where the distance between the cathode 1 and the anode 3 is 5.5 mm, and the curve 22 shows the case where the distance is 3.5 mm. In this simulation, the radius of curvature of the cathode is 20 μm, the diameter of Wehnelt is 1.6 mm,
The distance between the cathode and the Wehnelt cathode side is 0.
2 mm, the Wehnelt thickness is 02. mm, the diameter of the anode is 1.6 mm, and the anode voltage is 4.5 kV.

【0027】曲線21は、電子銃電流が範囲23内にあ
るとき、1×106A/cm2sr以上の輝度が得られる
ことを示している。この範囲23は、電子銃電流が温度
制限領域24より一桁近く小さい領域であり、完全に空
間電荷制限領域である。一方、4.5kVの加速電圧で
は標準的な値である、カソード1とアノード3との距離
を3.5mmとした場合、曲線22に示すように、輝度
が1×106A/cm2srを越える電子銃電流はごく狭
い範囲に限定される。したがって、このシミュレーショ
ン結果から、カソードとアノードとの距離を5mm以上
の大きな値にするのがよいことが分かる。
The curve 21 shows that when the electron gun current is within the range 23, a brightness of 1 × 10 6 A / cm 2 sr or more can be obtained. This range 23 is a region where the electron gun current is smaller than the temperature limiting region 24 by almost one digit, and is a complete space charge limiting region. On the other hand, when the distance between the cathode 1 and the anode 3 is 3.5 mm, which is a standard value at an acceleration voltage of 4.5 kV, the brightness is 1 × 10 6 A / cm 2 sr as shown by the curve 22. The electron gun current that exceeds the limit is limited to a very narrow range. Therefore, it is understood from this simulation result that the distance between the cathode and the anode should be a large value of 5 mm or more.

【0028】上記のとおり、図2に示す結果をもたらす
シミュレーションは、アノード電圧を4.5kVとして
行われた。一般に、電子銃の輝度は加速電圧に比例する
ので、アノード電圧が4.5kVであるときの輝度が1
×106A/cm2srであるとすると、アノード電圧を
20kVとしたときの輝度は
As mentioned above, the simulations which gave the results shown in FIG. 2 were carried out with an anode voltage of 4.5 kV. In general, the brightness of an electron gun is proportional to the acceleration voltage, so the brightness when the anode voltage is 4.5 kV is 1
Assuming × 10 6 A / cm 2 sr, the luminance when the anode voltage is 20 kV is

【0029】[0029]

【数1】 1×106×(20/4.5)=4.4×106(A/cm2sr) (1) となり、一般の加速電圧Vにおいては、輝度は## EQU1 ## 1 × 10 6 × (20 / 4.5) = 4.4 × 10 6 (A / cm 2 sr) (1) Thus, at a general acceleration voltage V, the brightness is

【0030】[0030]

【数2】 1×106×[V/(4.5×103)](A/cm2sr) (2) と表される。したがって、式(2)で表される値よりも
大きい輝度を有するよう設計すればよい。
[Expression 2] 1 × 10 6 × [V / (4.5 × 10 3 )] (A / cm 2 sr) (2) Therefore, it may be designed so as to have a brightness larger than the value represented by the formula (2).

【0031】なお、図2に示すように、電子銃電流を増
していったときに輝度が一度高くなり、その後が極端に
低下するのは、カソード1の曲率半径が27μm以下の
場合のみであった。
As shown in FIG. 2, when the electron gun current is increased, the brightness is once increased and then is extremely decreased only when the radius of curvature of the cathode 1 is 27 μm or less. It was

【0032】図3は、本発明に係る電子線装置の第2の
実施の形態の構成を概略的に示しており、高輝度の電子
銃でリソグラフィを行うためのものである。この実施の
形態においては、電子銃は、曲率半径が27μmでLa
B6製のカソード31と、カソード加熱用ヒータ32
と、支持機構33と、ウェーネルト34と、アノード3
5と、軸合わせ装置36とを備えている。支持機構33
はカソード1とカソード加熱用ヒータ32とを支持する
ためのものであり、軸合わせ装置36はカソード31と
ウェーネルト34とアノード35との軸調整を行うため
に設けられた手段で、例えばネジである。
FIG. 3 schematically shows the configuration of the second embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention, and is for performing lithography with a high-intensity electron gun. In this embodiment, the electron gun has a radius of curvature of 27 μm and La
B6 cathode 31 and cathode heating heater 32
, Support mechanism 33, Wehnelt 34, and anode 3
5 and an alignment device 36. Support mechanism 33
Is for supporting the cathode 1 and the heater 32 for heating the cathode, and the axis aligning device 36 is means provided for adjusting the axes of the cathode 31, the Wehnelt 34, and the anode 35, and is, for example, a screw. .

【0033】この電子銃から放出された一次電子線は、
コンデンサ・レンズ37で収束され、正方形開口板38
を照射する。正方形開口板38の像は対物レンズ39に
よりマスク40に結像される。また、電子銃クロスオー
バーはNA開口板41に結像され、これによってケーラ
照明条件を満足させる。一次電子線にマスク40を走査
させ、マスク40の下側の試料42を1個のチップの領
域だけ露光するため、2段の偏向器43、44が設けら
れる。図3に示す電子線装置を用いることにより、大電
流密度を得ることができるので、従来のものよりも一桁
以上小さい実露光時間で、露光を完了することができ
る。
The primary electron beam emitted from this electron gun is
Square aperture plate 38 converged by condenser lens 37
Irradiate. The image of the square aperture plate 38 is formed on the mask 40 by the objective lens 39. Further, the electron gun crossover is imaged on the NA aperture plate 41, thereby satisfying the Koehler illumination condition. Two stages of deflectors 43 and 44 are provided in order to scan the mask 40 with the primary electron beam and expose the sample 42 under the mask 40 only in the area of one chip. Since a large current density can be obtained by using the electron beam apparatus shown in FIG. 3, the exposure can be completed in an actual exposure time that is one digit or more shorter than the conventional one.

【0034】図4は、本発明に係る電子線装置の第3の
実施の形態における光学系を概略的に示す図であり、電
子銃はカソード51、ウェーネルト52及びアノード5
3を備える。電子銃は光軸Lを中心とした円周上に配置
された複数の電子放出領域を有しており、こうした電子
放出領域のうちの一つから光軸Lに平行に放出された一
次電子線が主ビーム(細い実線で示す)となる。これに
より、電子銃はマルチビームを放出することができる。
なお、電子銃のカソード51及びウェーネルト52の構
造については図5の(a)〜(c)により後述する。
FIG. 4 is a diagram schematically showing an optical system in the third embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention. The electron gun includes a cathode 51, a Wehnelt 52 and an anode 5.
3 is provided. The electron gun has a plurality of electron emission regions arranged on the circumference centered on the optical axis L, and the primary electron beam emitted parallel to the optical axis L from one of these electron emission regions. Is the main beam (indicated by the thin solid line). This allows the electron gun to emit multiple beams.
The structures of the cathode 51 and the Wehnelt 52 of the electron gun will be described later with reference to FIGS.

【0035】カソード51から出た主ビームはコンデン
サ・レンズ54で収束されて1回目のクロスオーバー5
5を形成し、更にコンデンサ・レンズ56でNA開口板
57上に2回目のクロスオーバー58を形成する。その
後、主ビームは縮小レンズ59で縮小され、対物レンズ
60の直ぐ上に3回目のクロスオーバー61を形成す
る。
The main beam emitted from the cathode 51 is converged by the condenser lens 54 and the first crossover 5
5, and a second crossover 58 is formed on the NA aperture plate 57 by the condenser lens 56. After that, the main beam is reduced by the reduction lens 59 to form a third crossover 61 immediately above the objective lens 60.

【0036】一方、個々の電子線放出領域から発散して
きた一次電子線(点線で示す)はアノード53の付近に
1回目のクロスオーバー62を作り、個々のクロスオー
バー62はコンデンサ・レンズ54、56を通過して成
形開口板63上にクロスオーバーの拡大像64を形成す
る。したがって、成形開口板63はクリティカル照明さ
れることになる。成形開口板63で正方形にされた一次
電子線は縮小レンズ59で縮小されてクロスオーバー6
5を作り、更に対物レンズ60によって縮小されて試料
66上にプローブ67を形成する。なお、一次電子線が
クロスオーバーを形成する位置62、64、65は、ウ
ェーネルト電圧を調節することによって任意の位置に調
整することができる。
On the other hand, the primary electron beams (shown by dotted lines) diverging from the individual electron beam emission regions form the first crossover 62 near the anode 53, and the individual crossover 62 is formed by the condenser lenses 54 and 56. And a magnified image 64 of the crossover is formed on the shaping aperture plate 63. Therefore, the shaping aperture plate 63 is critically illuminated. The primary electron beam squared by the shaping aperture plate 63 is reduced by the reduction lens 59 and crossed over.
5 is formed and further reduced by the objective lens 60 to form the probe 67 on the sample 66. The positions 62, 64, and 65 where the primary electron beam forms a crossover can be adjusted to arbitrary positions by adjusting the Wehnelt voltage.

【0037】試料66から放出された二次電子線はE×
B分離器68によって光軸Lから分離され、レンズ69
を介して二次電子検出器70で検出される。なお、二次
電子検出器70の位置によっては、レンズ69を設ける
必要はない。
The secondary electron beam emitted from the sample 66 is E ×
It is separated from the optical axis L by the B separator 68, and the lens 69
Is detected by the secondary electron detector 70 via The lens 69 need not be provided depending on the position of the secondary electron detector 70.

【0038】前記のとおり、各電子放出領域の主ビーム
はNA開口板57上にクロスオーバー58を形成してい
るので、マルチビーム間の強度変化がこのNA開口板5
7で生じることはない。また、NA開口板57にクロス
オーバー58を形成しているので、ケーラ照明条件を満
たしていることになる。
As described above, since the main beam in each electron emission region forms the crossover 58 on the NA aperture plate 57, the intensity change between multi-beams is caused by the NA aperture plate 5.
Nothing happens in 7. Moreover, since the crossover 58 is formed in the NA aperture plate 57, the Koehler illumination condition is satisfied.

【0039】図5の(a)及び(b)は、図4に示す電
子線装置に使用される電子銃のカソード51及びウェー
ネルト52の構成の詳細を拡大して示す図で、(a)は
断面図、(b)はウェーネルト52を電子光学系の側か
ら見た図である。(a)に示すように、カソード51は
LaB6製であり、円板状の電子放出部511と、互い
に対向する2面の平行な側面を有するよう円柱を両側か
ら削除して形成した基部512とを有している。カソー
ド51を効率的に加熱するため、基部512の平行な側
面及び電子放出部511の基部側の面513にグラファ
イト製のヒータ81を接触させる。実際、ヒータ81を
カソード51の外表面から離した場合、90Wのヒータ
入力が必要であったが、ヒータ81をカソード51の外
表面に接触させたところ、50Wのヒータ入力で所要の
温度に加熱することができた。
5 (a) and 5 (b) are enlarged views showing details of the structures of the cathode 51 and the Wehnelt 52 of the electron gun used in the electron beam apparatus shown in FIG. 4, and FIG. A sectional view, (b) is a view of the Wehnelt 52 as seen from the electron optical system side. As shown in (a), the cathode 51 is made of LaB 6 , and has a disk-shaped electron-emitting portion 511 and a base portion 512 formed by removing a cylinder from both sides so as to have two parallel side surfaces facing each other. And have. In order to efficiently heat the cathode 51, a graphite heater 81 is brought into contact with the parallel side surfaces of the base portion 512 and the base-side surface 513 of the electron emission portion 511. In fact, when the heater 81 was separated from the outer surface of the cathode 51, a heater input of 90 W was required, but when the heater 81 was brought into contact with the outer surface of the cathode 51, the heater input of 50 W heated the heater 81 to the required temperature. We were able to.

【0040】更に、ヒータ81の外周に押さえ金具82
を設け、押さえ金具82でヒータ81をカソード51に
押し付けるようにする。これによって、カソード51を
安定に加熱することができる。
Further, a holding metal fitting 82 is provided on the outer periphery of the heater 81.
Is provided and the heater 81 is pressed against the cathode 51 by the pressing metal fitting 82. Thereby, the cathode 51 can be stably heated.

【0041】なお、電子放出部511の基部側の面51
3は単にヒータ81と接触しているのみであるので、温
度変化が生じる恐れがあるが、電子銃電流の安定度を測
定したところ、±0.2%以内に入っていることが分か
り、全く問題がないことが明らかになった。
The surface 51 of the electron-emitting portion 511 on the base side.
Since 3 is only in contact with the heater 81, temperature change may occur, but when the stability of the electron gun current was measured, it was found to be within ± 0.2%, It became clear that there was no problem.

【0042】図5の(b)は、電子放出部511の基部
512とは反対側の面、即ち電子放出面514に設けら
れた電子放出領域とウェーネルト52との関係を示して
いる。即ち、カソード51の電子放出面514には、光
軸Lを中心とする円に沿って形成された尾根状のの突起
515が形成される。一方、電子放出面514に対向す
るウェーネルト52の面521には、尾根状の突起51
5に対応する円周上に複数個(図では18個)の小さな
開口522が所定の間隔で形成され、各開口522の周
辺部分は100μm以下の厚さの薄い金属で作られる。
図から理解されるように、図5の(a)は(b)におい
て径方向に対向する2つの開口522の中心を通る線A
−Aに沿う断面図である。
FIG. 5B shows the relationship between the Wehnelt 52 and the electron emission region provided on the surface of the electron emission portion 511 opposite to the base portion 512, that is, the electron emission surface 514. That is, on the electron emission surface 514 of the cathode 51, a ridge-shaped protrusion 515 formed along a circle centered on the optical axis L is formed. On the other hand, on the surface 521 of the Wehnelt 52 facing the electron emission surface 514, the ridge-shaped projection 51 is formed.
A plurality of (18 in the figure) small openings 522 are formed at predetermined intervals on the circumference corresponding to No. 5, and the peripheral portion of each opening 522 is made of a thin metal having a thickness of 100 μm or less.
As can be seen from the figure, FIG. 5A shows a line A passing through the centers of two radially opposed openings 522 in FIG. 5B.
It is sectional drawing in alignment with -A.

【0043】一次電子線により試料66(図4)を直交
する2つの方向x、yに走査すると仮定すると、それぞ
れの開口522の中心を、光軸Lを含み1つの走査方向
xに平行な面に対して投影したとき、該面上で各開口5
22の中心は等間隔に配列される。
Assuming that the sample 66 (FIG. 4) is scanned by the primary electron beam in two orthogonal directions x and y, the center of each aperture 522 is a plane parallel to the one scanning direction x including the optical axis L. When projected onto the
The centers of 22 are arranged at equal intervals.

【0044】このような構成においては、カソード51
の電子放出領域は、カソード51とウェーネルト52と
の間隔及びウェーネルト52に形成された開口522の
径で決まる等電位面83(図5の(a)および(b)に
点線で示す)内に入る突起515の一部分、即ち尾根状
の稜線84(図5の(b)に太い実線で示す)に制限さ
れる。換言すると、一次電子線は稜線84から放出され
る。そして、稜線84の中央部から放出される電流の密
度が最も大きい。
In such a structure, the cathode 51
The electron emission region of is inside the equipotential surface 83 (indicated by dotted lines in FIGS. 5A and 5B) determined by the distance between the cathode 51 and the Wehnelt 52 and the diameter of the opening 522 formed in the Wehnelt 52. It is limited to a part of the protrusion 515, that is, a ridge-shaped ridge line 84 (shown by a thick solid line in FIG. 5B). In other words, the primary electron beam is emitted from the ridgeline 84. The density of the electric current emitted from the central portion of the ridgeline 84 is the highest.

【0045】ここで、カソード51とウェーネルト52
との位置がずれた場合を考察する。まず、カソード51
とウェーネルト52との位置が光軸Lに平行な方向即ち
θ方向にずれても、何も影響は生じない。
Here, the cathode 51 and the Wehnelt 52
Consider the case where the positions of and shift. First, the cathode 51
Even if the positions of the Wehnelt 52 and the Wehnelt 52 deviate in the direction parallel to the optical axis L, that is, the θ direction, no influence occurs.

【0046】次に、カソード51とウェーネルト52と
の位置がx方向及び/又はy方向にずれた場合には、等
電位面83と稜線84との間に相対的な位置ずれが生じ
る。まず、カソード51とウェーネルト52との相対的
な位置変化が稜線84と平行な方向に生じたときには、
等電位面83と稜線84との重なりは変わらないので、
このときにも影響はない。しかし、カソード51とウェ
ーネルト52との相対的な位置ずれが稜線84に直角な
方向に生じたときには、等電位面83内に入る稜線84
の長さが違ってくる。しかし、ズレが小さい間は影響が
小さいと言ってよい。
Next, when the positions of the cathode 51 and the Wehnelt 52 are displaced in the x direction and / or the y direction, a relative displacement is generated between the equipotential surface 83 and the ridge line 84. First, when a relative positional change between the cathode 51 and the Wehnelt 52 occurs in a direction parallel to the ridge line 84,
Since the overlap between the equipotential surface 83 and the ridgeline 84 does not change,
There is no effect at this time. However, when a relative displacement between the cathode 51 and the Wehnelt 52 occurs in a direction perpendicular to the ridge line 84, the ridge line 84 entering the equipotential surface 83.
The length of is different. However, it can be said that the effect is small while the deviation is small.

【0047】図5の(b)から理解されるように、ウェ
ーネルト52の厚みを小さくし、カソード51との距離
を小さくし、且つ、各開口522の直径を小さくする
と、突起515に対応する円周上に一層多くの開口52
2を配列することができる。つまり、電子銃は一層多く
の一次電子線を放出することができるようになる。これ
により開口522どおしは接近することになるが、エッ
チングや放電加工のような、力が加わらない加工法を取
ることで、こうした接近した開口を形成することができ
る。
As can be seen from FIG. 5B, when the thickness of the Wehnelt 52 is reduced, the distance from the cathode 51 is reduced, and the diameter of each opening 522 is reduced, a circle corresponding to the protrusion 515 is obtained. More openings 52 on the circumference
Two can be arranged. That is, the electron gun can emit more primary electron beams. As a result, the openings 522 approach each other, but such approaching openings can be formed by using a processing method such as etching or electric discharge machining in which no force is applied.

【0048】なお、円形の開口522の代わりに、図5
の(c)に示すように、円弧と稜線84に直角な平行な
線とで囲まれた形状の開口522’を採用してもよい。
このときには、カソード51とウェーネルト52との位
置ずれに対する許容度が更に大きくなる。
Note that instead of the circular opening 522, as shown in FIG.
As shown in (c) of FIG. 5, an opening 522 ′ having a shape surrounded by an arc and a parallel line perpendicular to the ridgeline 84 may be adopted.
At this time, the tolerance for the positional deviation between the cathode 51 and the Wehnelt 52 is further increased.

【0049】図6は、図4及び図5に示す電子線装置の
電子銃における電子銃電流(横軸、単位μm)と輝度
(縦軸、単位A/cm2sr)との関係をシミュレート
した結果を示している。カソードは15μmRの曲率を
持ち、LaB6製である。ウェーネルトは、直径1.6
mmで厚みが0.3μmの電極をカソードの先端からア
ノード側へ0.2mmだけ離れた位置に配したものであ
る。図6において、曲線91はカソードとアノードとの
間隔を5mmとした場合、曲線92は同間隔を3mmと
した場合を示しており、加速電圧は4.5kV、カソー
ド温度は1900°Kである。
FIG. 6 simulates the relationship between the electron gun current (horizontal axis, unit μm) and luminance (vertical axis, unit A / cm 2 sr) in the electron gun of the electron beam apparatus shown in FIGS. 4 and 5. The result is shown. The cathode has a curvature of 15 μmR and is made of LaB6. Wehnelt has a diameter of 1.6
An electrode having a thickness of 0.3 μm and a thickness of 0.3 μm is arranged at a position separated by 0.2 mm from the tip of the cathode to the anode side. In FIG. 6, a curve 91 shows the case where the distance between the cathode and the anode is 5 mm, and a curve 92 shows the case where the same distance is 3 mm. The acceleration voltage is 4.5 kV and the cathode temperature is 1900 ° K.

【0050】曲線91が得られた、カソードとアノード
との間隔を5mmとした場合には、電子銃電流が10μ
Aから150μAまでの間は、輝度は電子銃電流の増加
にしたがって急速に増加する。電子銃電流が150μA
のとき、輝度は、点93において4×106A/cm2
rという、加速電圧が4.5kVにしては極めて大きい
値を取る。ここでは、カソードから出た一次電子線は、
カソードから12mm先に、即ちアノードを通過してか
らクロスオーバーを形成する。この条件の下では、電子
銃が発生する球面収差(正の値)と絶対値が同程度で負
の球面収差が発生していることが、このシミュレーショ
ンから明らかになっている。この負の球面収差はアノー
ドの穴の凹レンズ作用と一次電子線自身の空間電荷効果
による凹レンズ作用とに起因すると言える。したがっ
て、大きい輝度を得るには、そのように電子銃電流が得
られるようにウェーネルトに印加される電圧を調整すれ
ばよい。
When the distance between the cathode and the anode for which the curve 91 is obtained is 5 mm, the electron gun current is 10 μm.
From A to 150 μA, the brightness increases rapidly as the electron gun current increases. Electron gun current is 150 μA
, The luminance is 4 × 10 6 A / cm 2 s at point 93.
It takes an extremely large value of r when the acceleration voltage is 4.5 kV. Here, the primary electron beam emitted from the cathode is
A crossover is formed 12 mm ahead of the cathode, that is, after passing through the anode. Under this condition, it is clear from this simulation that negative spherical aberration with an absolute value of the spherical aberration (positive value) generated by the electron gun is about the same. It can be said that this negative spherical aberration is caused by the concave lens action of the anode hole and the concave lens action by the space charge effect of the primary electron beam itself. Therefore, in order to obtain a large brightness, the voltage applied to the Wehnelt may be adjusted so that the electron gun current can be obtained.

【0051】曲線91において、電子銃電流が200μ
Aを過ぎると、輝度は急速に減少し、点γを越えると、
輝度は1×104A/cm2srよりも小さくなる。しか
し、300μAから再び輝度は増加し始め、1000μ
Aを越えると、図示していないが、やがて飽和する。飽
和した領域は温度制限領域であり、その輝度は3×10
5A/cm2srある。曲線91の場合、電子銃電流が点
βを越えると温度制限領域に近づくと言える。
In the curve 91, the electron gun current is 200 μ
After passing A, the brightness decreases rapidly, and beyond point γ,
The brightness is smaller than 1 × 10 4 A / cm 2 sr. However, the brightness starts to increase again from 300μA, and 1000μ
If it exceeds A, although not shown, it will be saturated soon. The saturated area is a temperature limited area and its brightness is 3 × 10.
There is 5 A / cm 2 sr. In the case of the curve 91, it can be said that when the electron gun current exceeds the point β, it approaches the temperature limited region.

【0052】なお、図6に結果を示すシミュレーション
においては、1000μAを越える電子銃電流で温度制
限領域に入る。したがって、電子銃電流が200μAよ
りも小さい範囲(図6において一点鎖線よりも左の領
域)が空間電荷制限領域である。図6には示されていな
いが、曲線91の場合、温度制限領域でも輝度の最大値
は3×105A/cm2srであるから、電子銃電流が1
00μA以上では、空間電荷制限領域で動作していなが
らも温度制限領域よりも高輝度が得られる。これは、従
来の常識とは異なる結果である。
In the simulation shown in FIG. 6, the electron gun current exceeding 1000 μA enters the temperature limit region. Therefore, the range in which the electron gun current is smaller than 200 μA (the region to the left of the alternate long and short dash line in FIG. 6) is the space charge limited region. Although not shown in FIG. 6, in the case of the curve 91, the maximum value of the luminance is 3 × 10 5 A / cm 2 sr even in the temperature limited region, so that the electron gun current is 1
At 00 μA or more, higher brightness than that in the temperature limited region can be obtained while operating in the space charge limited region. This is a result different from conventional common sense.

【0053】一方、カソードとアノードの間隔を3mm
とした場合に得られた曲線92においては、電子銃電流
が200よりも僅かに小さい点94で輝度が4×106
A/cm2srとなり、電子銃電流が点αを越えると温
度制限領域に近付く。
On the other hand, the distance between the cathode and the anode is 3 mm.
In the curve 92 obtained in the above case, the brightness is 4 × 10 6 at the point 94 where the electron gun current is slightly smaller than 200.
It becomes A / cm 2 sr, and when the electron gun current exceeds the point α, it approaches the temperature limited region.

【0054】図1及び図4に示す電子線装置は、プロセ
ス途中のウェーハ或いは完成後のウェーハの評価を行う
半導体デバイス製造方法に用いることができる。以下、
半導体デバイス製造方法を、一般的な半導体デバイス製
造方法を含めて、図7及び図8のフローチャートを参照
して説明する。
The electron beam apparatus shown in FIGS. 1 and 4 can be used in a semiconductor device manufacturing method for evaluating a wafer in the process or a completed wafer. Less than,
A semiconductor device manufacturing method including a general semiconductor device manufacturing method will be described with reference to the flowcharts of FIGS. 7 and 8.

【0055】図7に示すように、半導体デバイス製造方
法は、ウェーハを製造するウェーハ製造工程S1、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S2、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工
程S3、ウェーハ上に形成されたチップを1個ずつに切
り出し、動作可能にするすチップ組立工程S4、及び、
完成したチップを検査するチップ検査工程S5に概略的
に分けられ、これらの工程はそれぞれ、幾つかのサブ工
程を含んでいる。
As shown in FIG. 7, the semiconductor device manufacturing method includes a wafer manufacturing step S1 for manufacturing a wafer, a wafer processing step S2 for performing a necessary processing on the wafer, and a mask manufacturing step for manufacturing a mask required for exposure. S3, a chip assembling step S4 in which chips formed on the wafer are cut out one by one and made operable, and
It is roughly divided into a chip inspection process S5 for inspecting a completed chip, and each of these processes includes some sub-processes.

【0056】上記した工程の中で、半導体デバイスの製
造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウェーハ・プロセッ
シング工程S2である。これは、この工程において、設
計された回路パターンをウェーハ上に形成し、かつ、メ
モリやMPUとして動作するチップを多数形成するから
である。このように、半導体デバイスの製造に大きな影
響を及ぼすウェーハ・プロセッシング工程S2において
実行されるサブ工程においては、ウェーハの加工状態を
評価することが重要であり、該サブ工程について、以下
に説明する。
Among the above-mentioned steps, the step which has a decisive influence on the manufacture of the semiconductor device is the wafer processing step S2. This is because, in this step, the designed circuit pattern is formed on the wafer, and a large number of chips that operate as memories and MPUs are formed. As described above, it is important to evaluate the processing state of the wafer in the sub-process executed in the wafer processing step S2 that greatly affects the manufacturing of the semiconductor device, and the sub-process will be described below.

【0057】まず、絶縁層となる誘電体薄膜を形成する
とともに、配線部及び電極部を形成する金属薄膜を形成
する。薄膜形成は、CVDやスパッタリング等により実
行される。次いで、形成された誘電体薄膜及び金属薄
膜、並びにウェーハ基板を酸化し、かつ、マスク製造工
程S3によって作成されたマスク又はレチクルを用い
て、リソグラフィ工程において、レジスト・パターンを
形成する。そして、ドライ・エッチング技術等により、
レジスト・パターンに従って基板を加工し、イオン及び
不純物を注入する。その後、レジスト層を剥離し、ウェ
ーハを検査する。
First, a dielectric thin film that serves as an insulating layer is formed, and a metal thin film that forms a wiring portion and an electrode portion is formed. The thin film formation is performed by CVD, sputtering, or the like. Then, the formed dielectric thin film and metal thin film, and the wafer substrate are oxidized, and a resist pattern is formed in a lithography process using the mask or reticle created in the mask manufacturing process S3. And by dry etching technology etc.
The substrate is processed according to the resist pattern and ions and impurities are implanted. Then, the resist layer is peeled off and the wafer is inspected.

【0058】このようなウェーハ・プロセッシング工程
S2は必要な層数だけ繰り返し実施され、チップ組立工
程S4においてチップ毎に分離される前のウェーハが形
成される。
The wafer processing step S2 as described above is repeatedly carried out by the required number of layers to form a wafer before being separated into chips in the chip assembling step S4.

【0059】図8は、図7のウェーハ・プロセッシング
工程S2のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフロ
ーチャートである。図13に示すように、リソグラフィ
工程は、レジスト塗布工程S21、露光工程S22、現
像工程S23及びアニール工程S24を含む。
FIG. 8 is a flowchart showing a lithography process which is a sub-process of the wafer processing process S2 shown in FIG. As shown in FIG. 13, the lithography process includes a resist coating process S21, an exposure process S22, a developing process S23, and an annealing process S24.

【0060】レジスト塗布工程S21において、CVD
やスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウ
ェーハ上にレジストを塗布し、露光工程S22におい
て、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程
S23において、露光されたレジストを現像してレジス
ト・パターンを得、アニール工程S24において、現像
されたレジスト・パターンをアニールして安定化させ
る。これら工程S21〜S24は、必要な層数だけ繰り
返し実行される。
In the resist coating step S21, CVD
A resist is applied onto the wafer on which the circuit pattern has been formed by sputtering or the like, and the applied resist is exposed in the exposure step S22. Then, in the developing step S23, the exposed resist is developed to obtain a resist pattern, and in the annealing step S24, the developed resist pattern is annealed to be stabilized. These steps S21 to S24 are repeatedly executed by the required number of layers.

【0061】こうした半導体デバイス製造方法において
は、電子線装置を、完成したチップを検査するチップ検
査工程S5において用いることにより、微細なパターン
を有する半導体デバイスであっても、歪み、ぼけ等が低
減された画像を得ることができるので、ウェーハの欠陥
を確実に検出することができる。
In such a semiconductor device manufacturing method, by using the electron beam apparatus in the chip inspection step S5 for inspecting a completed chip, distortion, blurring, etc. are reduced even in a semiconductor device having a fine pattern. Since it is possible to obtain a clear image, it is possible to reliably detect defects in the wafer.

【0062】[0062]

【発明の効果】以上、図面を参照して説明したところか
ら理解されるように、この発明は下記の特有の効果を奏
する。
As described above with reference to the drawings, the present invention has the following unique effects.

【0063】1.電子銃の加速電圧が4.5kVであっ
ても、温度制限領域での輝度3×105A/cm2srよ
りも3倍程度大きい輝度が空間電荷制限領域で得られ
る。 2.カソードとアノードとの間隔を5mm以上大きくす
ることができるので、カソードとアノードとの間で放電
が発生しにくい。
1. Even when the accelerating voltage of the electron gun is 4.5 kV, a luminance about 3 times higher than the luminance of 3 × 10 5 A / cm 2 sr in the temperature limited area can be obtained in the space charge limited area. 2. Since the distance between the cathode and the anode can be increased by 5 mm or more, discharge is unlikely to occur between the cathode and the anode.

【0064】3.電子銃電流は100μAから400μ
A程度と小さいので、電子銃電源を簡単化することがで
きる。 4.電子銃を空間電荷制限条件で動作させるので、ショ
ット雑音が小さい。
3. Electron gun current is 100μA to 400μ
Since it is as small as A, the electron gun power supply can be simplified. 4. Shot noise is small because the electron gun is operated under the space charge limiting condition.

【0065】5.試料の走査を成形ビームにより行い、
クロスオーバーの拡大像をNA開口板に結像させるか
ら、クロスオーバーの小寸法という利点を生かすことが
でき、しかも大電流の一次電子線を得ることができる。
5. The sample is scanned by the shaped beam,
Since the magnified image of the crossover is formed on the NA aperture plate, the advantage of the small size of the crossover can be utilized, and a primary electron beam of large current can be obtained.

【0066】6.カソード、ウェーネルト及びアノード
の相互の位置合わせを行う機構を設けたので、超高精度
の電子銃を作らなくても、電子銃の高精度化を実現する
ことができる。
6. Since the mechanism for aligning the cathode, the Wehnelt, and the anode with each other is provided, the precision of the electron gun can be improved without making an ultra-high precision electron gun.

【0067】7.個々のマルチビームが作るクロスオー
バー位置と、各マルチビームの主光線が交わる位置とが
異なる場合であっても、マルチビームを形成することが
できる。
7. Multibeams can be formed even when the crossover positions formed by the individual multibeams and the positions at which the chief rays of the respective multibeams intersect are different.

【0068】8.カソードを直熱型の円盤状としたの
で、小さい加熱電力で所要の温度にカソードを加熱する
ことができる。 9.空間電荷制限条件で、温度制限条件におけるよりも
高い輝度の一次電子線を得ることができる。
8. Since the cathode is in the form of a direct heating disk, the cathode can be heated to a required temperature with a small heating power. 9. Under the space charge limiting condition, a higher intensity primary electron beam than under the temperature limiting condition can be obtained.

【0069】10.歩留まりの良い半導体デバイス製造
方法を提供することができる。
10. It is possible to provide a semiconductor device manufacturing method with a high yield.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に係る電子線装置の第1の実施の形態を
概略的に示す図である。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a first embodiment of an electron beam apparatus according to the present invention.

【図2】図1に示す電子線装置を用いて行ったシミュレ
ーションの結果を示すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing a result of a simulation performed using the electron beam apparatus shown in FIG.

【図3】本発明に係る電子線装置の第2の実施の形態を
概略的に示す図である。
FIG. 3 is a diagram schematically showing a second embodiment of an electron beam apparatus according to the present invention.

【図4】本発明に係る電子線装置の第3の実施の形態を
概略的に示す図である。
FIG. 4 is a diagram schematically showing a third embodiment of an electron beam apparatus according to the present invention.

【図5】(a)は図4に示す電子線装置における電子銃
のカソードの構成を詳細に示す断面図、(b)はカソー
ドの電子放射領域とウェーネルトの開口との関係を説明
する図、(c)はウェーネルトの開口の他の例を示す図
である。
5A is a cross-sectional view showing in detail a structure of a cathode of an electron gun in the electron beam apparatus shown in FIG. 4, and FIG. 5B is a view explaining a relationship between an electron emission region of the cathode and an opening of Wehnelt; (C) is a figure which shows the other example of the opening of Wehnelt.

【図6】図4に示す電子線装置の動作をシミュレートし
た結果を示す図である。
6 is a diagram showing a result of simulating the operation of the electron beam apparatus shown in FIG.

【図7】本発明に係る電子線装置を適用して半導体デバ
イスを製造する方法のフローチャートである。
FIG. 7 is a flowchart of a method for manufacturing a semiconductor device by applying the electron beam apparatus according to the present invention.

【図8】図7におけるウェーハ・プロセッシング工程の
サブ工程であるリソグラフィ工程を示したフローチャー
トである。
8 is a flowchart showing a lithography process which is a sub-process of the wafer processing process in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1:カソード、 2:ウェーネルト、 3:アノード、
4:機械的軸合わせ装置、 5、9:クロスオーバ
ー、 6:コンデンサ・レンズ、 7:縮小レンズ、
8:NA開口板、 10:成形開口板、 11:対物レ
ンズ、 12:試料、 13、14:偏向器、 15、
17:軌道、 18:検出器、31:カソード、 3
2:ヒータ、 33:支持金具、 34:ウェーネル
ト、 35:アノード、 36:機械的軸合わせ装置、
37:コンデンサ・レンズ、 38:正方形開口板、
39:対物レンズ、 40:マスク、 41:NA開
口板、 42:試料、 43、44:偏向器、51:カ
ソード、 52:ウェーネルト、 53:アノード、
54、56:コンデンサ・レンズ、 55、58、6
1、62、65:クロスオーバー、 57:NA開口
板、 59:縮小レンズ、 60:対物レンズ、 6
3:成形開口板、 66:試料、 67:プローブ、
68:E×B分離器、 69:レンズ、 70:二次電
子検出器、511:電子放出部、 512:基部、51
4:電子放出面、 515:突起、 522、52
2’:開口、 81:ヒータ、 82:押さえ金具、
83:等電位面、 84:稜線、
1: cathode, 2: Wehnelt, 3: anode,
4: mechanical alignment device, 5, 9: crossover, 6: condenser lens, 7: reduction lens,
8: NA aperture plate, 10: Molded aperture plate, 11: Objective lens, 12: Sample, 13, 14: Deflector, 15,
17: orbit, 18: detector, 31: cathode, 3
2: heater, 33: support fitting, 34: Wehnelt, 35: anode, 36: mechanical alignment device,
37: Condenser lens, 38: Square aperture plate,
39: Objective lens, 40: Mask, 41: NA aperture plate, 42: Sample, 43, 44: Deflector, 51: Cathode, 52: Wehnelt, 53: Anode,
54, 56: Condenser lens, 55, 58, 6
1, 62, 65: Crossover, 57: NA aperture plate, 59: Reduction lens, 60: Objective lens, 6
3: Molded aperture plate, 66: Sample, 67: Probe,
68: E × B separator, 69: Lens, 70: Secondary electron detector, 511: Electron emission part, 512: Base part, 51
4: electron emission surface, 515: protrusion, 522, 52
2 ': opening, 81: heater, 82: press fitting,
83: equipotential surface, 84: ridge line,

───────────────────────────────────────────────────── 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) H01L 21/027 H01L 21/66 J 21/66 21/30 541B 541A Fターム(参考) 2H097 AA03 BB03 CA16 EA01 LA10 4M106 AA01 BA02 CA38 DB30 5C030 AA01 AA06 AB02 BB03 BB04 BB05 BC02 BC06 5C033 JJ07 5F056 EA02 EA05 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 21/027 H01L 21/66 J 21/66 21/30 541B 541A F term (reference) 2H097 AA03 BB03 CA16 EA01 LA10 4M106 AA01 BA02 CA38 DB30 5C030 AA01 AA06 AB02 BB03 BB04 BB05 BC02 BC06 5C033 JJ07 5F056 EA02 EA05

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 熱電子放出カソードとウェーネルトとア
ノードとを有する電子銃を備えた電子線装置であって、 前記電子銃における加速電圧をVoボルトとしたとき、
輝度が1×106×(Vo/4.5×103)A/cm2
sr以上になるよう、前記電子銃に電流を流すことを特
徴とする電子線装置。
1. An electron beam apparatus including an electron gun having a thermionic emission cathode, a Wehnelt, and an anode, wherein an acceleration voltage in the electron gun is Vo volts.
Brightness is 1 × 10 6 × (Vo / 4.5 × 10 3 ) A / cm 2
An electron beam apparatus, wherein an electric current is passed through the electron gun so as to be sr or more.
【請求項2】 請求項1記載の電子線装置であって、前
記カソードが27μm以下の曲率を有する球面の一部を
有することを特徴とする電子線装置。
2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the cathode has a part of a spherical surface having a curvature of 27 μm or less.
【請求項3】 請求項1記載の電子線装置であって、 前記Voが4.5kVであり、 前記電子銃の輝度が1×106A/cm2sr以上であ
り、 前記電子銃が作るクロスオーバーが前記アノードよりも
試料側に形成されることを特徴とする電子線装置。
3. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the Vo is 4.5 kV, the brightness of the electron gun is 1 × 10 6 A / cm 2 sr or more, and the electron gun produces the electron beam. An electron beam apparatus, wherein a crossover is formed on the sample side of the anode.
【請求項4】 請求項3記載の電子線装置であって、前
記電子銃から放出される一次電子線を成形開口板に照射
し、該成形開口板の像を前記試料の面上に結像させるこ
とを特徴とする電子線装置。
4. The electron beam apparatus according to claim 3, wherein a primary electron beam emitted from the electron gun is irradiated onto the shaping aperture plate, and an image of the shaping aperture plate is formed on the surface of the sample. An electron beam device characterized by:
【請求項5】 熱電子放出カソード、ウェーネルト及び
アノードを有する電子銃を空間電荷制限条件で動作さ
せ、もって前記電子銃を温度制限条件におけるよりも高
輝度で動作させることを特徴とする電子線装置。
5. An electron beam apparatus characterized in that an electron gun having a thermionic emission cathode, a Wehnelt and an anode is operated under a space charge limiting condition, so that the electron gun is operated at a higher brightness than under a temperature limiting condition. .
【請求項6】 複数の電子放出領域を有するカソード
と、ウェーネルトとアノードとを有する電子銃を備えた
電子線装置であって、 それぞれの前記電子放出領域から放出された一次電子線
がコンデンサ・レンズ及び縮小レンズを有する光学系に
よって作るクロスオーバー像を、成形開口板の開口に形
成し、 前記電子放出領域の中心からそれぞれ放出された電子線
の主光線が光軸と交わる位置にNA開口板を配置したこ
とを特徴とする電子線装置。
6. An electron beam apparatus comprising a cathode having a plurality of electron emission regions, and an electron gun having a Wehnelt and an anode, wherein primary electron beams emitted from the respective electron emission regions are condenser lenses. And a crossover image formed by an optical system having a reduction lens is formed in the aperture of the shaping aperture plate, and the NA aperture plate is provided at a position where the principal ray of the electron beam emitted from the center of the electron emission region intersects the optical axis. An electron beam device characterized by being arranged.
【請求項7】 基部と、該基部に連なり且つ前記基部よ
りも大径の電子放出材料とを有するカソードを備える電
子線装置であって、 前記基部及び前記電子放出材料の前記基部の側の面と直
接接触するよう設けられた加熱用ヒータを設けたことを
特徴とする電子線装置。
7. An electron beam apparatus, comprising: a cathode; and a cathode having a base and an electron-emitting material connected to the base and having a diameter larger than that of the base, the surface of the base and the electron-emitting material on the side of the base. An electron beam apparatus comprising a heating heater provided so as to be in direct contact with the electron beam apparatus.
【請求項8】 請求項1記載の電子線装置であって、前
記カソードと前記ウェーネルトと前記アノードとの位置
を調整するための軸合わせ装置を具備したことを特徴と
する電子線装置。
8. The electron beam apparatus according to claim 1, further comprising an axis alignment device for adjusting the positions of the cathode, the Wehnelt, and the anode.
【請求項9】 電子放出面に尾根状の突起が円環状に形
成されたカソードと、 前記円に対応する円周上に設けられた複数の小開口を有
するウェーネルトと、アノードとを具備し、それぞれの
前記小開口の中心が前記突起の頂点と位置的に対応する
ことを特徴とする電子線装置。
9. A cathode having a ridge-shaped projection formed in an annular shape on an electron emission surface, a Wehnelt having a plurality of small openings provided on a circumference corresponding to the circle, and an anode. An electron beam apparatus, wherein the center of each of the small openings corresponds in position to the apex of the protrusion.
【請求項10】 カソードとウェーネルトとアノードと
を有する電子銃を備える電子線装置であって、 前記ウェーネルトに印加する電圧又は前記電子銃に流す
電流を調整して、前記電子銃の輝度が最大で且つ前記電
子銃が空間電荷制限領域で動作する動作点を選択したこ
とを特徴とする電子線装置。
10. An electron beam apparatus comprising an electron gun having a cathode, a Wehnelt, and an anode, wherein the voltage applied to the Wehnelt or the current passed through the electron gun is adjusted to maximize the brightness of the electron gun. An electron beam apparatus, wherein an operating point at which the electron gun operates in a space charge limited region is selected.
【請求項11】 カソードとウェーネルトとアノードと
を有する電子銃を備えた電子線装置であって、 前記カソードと前記ウェーネルトとの周辺の電界が形成
する凸レンズが作る球面収差を、空間電荷効果による凹
レンズ作用と前記アノードの穴による凹レンズ作用とに
よる負の球面収差で実質的に打ち消すことを特徴とする
電子線装置。
11. An electron beam apparatus including an electron gun having a cathode, a Wehnelt, and an anode, wherein a spherical aberration created by a convex lens formed by an electric field around the cathode and the Wehnelt is a concave lens due to a space charge effect. An electron beam device which is substantially canceled by a negative spherical aberration caused by the action and the concave lens action by the hole of the anode.
【請求項12】 空間電荷制限条件で動作するLaB6
製のカソードを有する電子銃を備えた電子線装置であっ
て、 前記電子銃の加速電圧をVoとしたとき、前記電子銃の
輝度が1×106×(Vo/4500)A/cm2sr以
上であることを特徴とする電子線装置。
12. A LaB6 operating under a space charge limiting condition.
An electron beam apparatus including an electron gun having a cathode made of, wherein the brightness of the electron gun is 1 × 10 6 × (Vo / 4500) A / cm 2 sr when an acceleration voltage of the electron gun is Vo. An electron beam apparatus characterized by the above.
【請求項13】 請求項12記載の電子線装置であっ
て、前記Voが4.5kVであることを特徴とする電子
線装置。
13. The electron beam apparatus according to claim 12, wherein the Vo is 4.5 kV.
【請求項14】 請求項1〜13のいずれか一つに記載
された電子線装置を用いて、プロセス途中の試料の評価
を行うことを特徴とする半導体デバイス製造方法。
14. A method of manufacturing a semiconductor device, wherein the electron beam apparatus according to any one of claims 1 to 13 is used to evaluate a sample during a process.
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JP2006032821A (en) * 2004-07-21 2006-02-02 Sekisui Chem Co Ltd Plasma processor
JP2011238387A (en) * 2010-05-07 2011-11-24 Jeol Ltd Electronic probe device using emitter array

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