JP3908963B2

JP3908963B2 - 電子線装置

Info

Publication number: JP3908963B2
Application number: JP2002031695A
Authority: JP
Inventors: 護中筋; 隆男加藤; 徹佐竹; 伸治野路
Original assignee: Ebara Corp
Current assignee: Ebara Corp
Priority date: 2002-02-08
Filing date: 2002-02-08
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2022-02-08
Also published as: JP2003234078A

Description

【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２２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１４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１２Ａ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１２Ｂ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（ＸＹ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１２Ａに対して平行に配設されている。このアノード電極１３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１１Ｂ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１３Ａ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１０３。
（５）できたチップ３３を検査するチップ検査工程１０４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（ＣＶＤ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１２２。
（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１２３。
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１３１、
（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

Claims

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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、光軸を中心とした円周方向に複数の開口を有する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、前記アノード電極は複数の開口を有することを特徴とする電子線装置。
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。
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９に記載の電子線装置。
請求項１から請求項１１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。