JP5843909B2 - 電子銃装置、ウェーハ画像化システム、及び電子銃装置のエクストラクタ電極の少なくとも１つの表面をクリーニングする方法 - Google Patents

Description

本発明は、検査システム用途、試験システム用途、リソグラフィーシステム用途、電子顕微鏡等のための荷電粒子ビーム装置に関する。本発明は又、その動作方法に関する。さらに、本発明は、クリーニングシステムを備えた荷電粒子ビーム装置に関する。特に、本発明は、電子銃（ガン）装置、荷電粒子ビーム装置、荷電粒子ビーム装置をクリーニングして動作させる方法及び電子銃装置のエクストラクタ電極の表面をクリーニングする方法に関する。

荷電粒子ビーム装置は、複数の工業分野で用いられている。製造中における半導体デバイスの検査、リソグラフィーのための露光システム、検出装置及び試験システムは、これら分野のうちの幾つかにすぎない。

一般に、マイクロメートル又はナノメートル尺度の範囲内で試料を構造観察したり検査したりするための高い需要が存在する。かかる小さな尺度では、プロセス制御、検査又は構造観察は、荷電粒子ビーム、例えば電子ビームを用いて行われる場合が多く、かかるビームを荷電粒子ビーム装置、例えば電子顕微鏡又は電子ビームパターン発生器で生成して集束させる。荷電粒子ビームは、これらが短波長であることにより例えば光子ビームと比較して優れた空間分解能を提供する。

一般に、荷電粒子ビーム装置の動作は、例えば周囲ガスのイオン化を回避するために真空条件下で行われる。それにもかかわらず、電子がエクストラクタ、アノード、アパーチュア又はチャンバ壁のコンポーネント表面に当たった結果として、汚染物が放出される。かくして、残留ガスのシャワーが発生する。残留ガスは、電子が当たる場合のある分子を含む。それにより、イオン、イオン化分子及び他の粒子が生じる場合がある。エミッタにより放出される荷電粒子の電荷と符号が逆の電荷をもつイオン及びイオン化分子の場合、残留ガス中のイオン及びイオン化分子は、エミッタの方へ加速される。その結果、エミッタは、イオン及びイオン化分子の衝突に起因して機械的に変形する場合があり又はこれら粒子がエミッタ上に付着する場合がある。かくして、エミッタノイズが導入される。

上述の汚染は、冷電界エミッタ（ＣＦＥ；cold field emitters）又は熱支援型（thermally assisted）冷電界エミッタにとって更に一層重大である。というのは、かかるエミッタは、高い真空度及びクリーンな環境について更に高い必要性を有しているからである。かかるエミッタは、ずっと以前から知られているが、所望の自動化によるシステムの高い利用性及び高い安定性が要求される工業用途におけるかかるエミッタの具体化を行ってみるもこれらの要件に起因してそれは困難であった。かくして、電子顕微鏡、例えばＣＦＥ又は熱支援型ＣＦＥ、具体的には電子ビームを利用したウェーハ検査のための高輝度電子源に動作の十分な安定性を与えることは困難である。

本発明は、改良型電子銃装置及び／又は改良型荷電粒子ビーム装置を提供しようとするものである。

一実施形態によれば、ウェーハ画像化システムのための一次電子ビームを発生させるよう構成された電子銃装置が提供される。この装置は、通常動作とクリーニング動作を切り換えるよう構成された制御器と、電子を提供するようになったエミッタチップを備えた電界エミッタとを含み、電界エミッタは、冷電界エミッタ及び熱支援型冷電界エミッタから成る群から選択され、電界エミッタは、制御器に電気的に接続され、この装置は、エミッタチップ電極から電子ビームを抽出するようになったエクストラクタ電極と、エミッタの半径方向外側に配置されたサプレッサ電極とを更に含み、特に、エミッタチップは、サプレッサ電極を貫通して突き出ており、サプレッサ電極及びエクストラクタ電極のうちの少なくとも一方は、サプレッサ電極が、通常動作中についてはエクストラクタ電極に対して第１の電位状態にあり、クリーニング動作中についてはエクストラクタ電極に対して第２の電位状態にあるよう制御器に電気的に接続され、この装置は更に、サプレッサ電極の半径方向外側に配置されると共に電子を光軸に向かって熱放出する熱電子エミッタとして設けられた少なくとも１つの補助エミッタ電極を含む。

別の実施形態によれば、電子銃装置のエクストラクタ電極の少なくとも１つの表面をクリーニングする方法が提供される。この方法は、エクストラクタ電極に対して負の電位、特に絶対値で表して０．５ｋＶ以上負の電位である電位をサプレッサ電極に印加するステップと、補助エミッタ電極から電子を熱放出するステップと、熱放出された電子を用いてエクストラクタ電極の少なくとも１つの表面をあらかじめ予備処理するステップとを含み、サプレッサ電極の電位は、熱放出電子による予備処理の領域を制御する。

別の実施形態によれば、ウェーハ画像化システム又は試料を画像化する荷電粒子コラムが提供される。このシステムは、電子銃装置を含む。この装置は、通常動作とクリーニング動作を切り換えるよう構成された制御器と、電子を提供するようになったエミッタチップを備えた電界エミッタとを含み、電界エミッタは、冷電界エミッタ及び熱支援型冷電界エミッタから成る群から選択され、電界エミッタは、制御器に電気的に接続され、この装置は、エミッタチップ電極から電子ビームを抽出するようになったエクストラクタ電極と、エミッタの半径方向外側に配置されたサプレッサ電極とを更に含み、特に、エミッタチップは、サプレッサ電極を貫通して突き出ており、サプレッサ電極及びエクストラクタ電極のうちの少なくとも一方は、サプレッサ電極が、通常動作中についてはエクストラクタ電極に対して第１の電位状態にあり、クリーニング動作中についてはエクストラクタ電極に対して第２の電位状態にあるよう制御器に電気的に接続され、この装置は更に、サプレッサ電極の半径方向外側に配置されると共に電子を光軸に向かって熱放出する熱電子エミッタとして設けられた少なくとも１つの補助エミッタ電極を含む。システムは、電子ビームをウェーハ上に集束させるよう構成された対物レンズと、エミッタチップと対物レンズとの間に設けられた少なくとも１つの集束レンズと、電子ビームを試料上に走査させてウェーハの画像を生成する走査型偏向器装置とを更に含む。

本発明は又、開示する方法を実施する装置に関し、この装置は、説明する方法ステップの各々を実施する装置部品を含む。これら方法ステップは、ハードウェアコンポーネント、適当なソフトウェアによりプログラムされたコンピュータ、これら２つの任意の組み合わせ又は任意他の仕方での組み合わせによって実施されるのが良い。さらに、本発明は又、説明する装置の動作方法又は製造方法に関する。本発明は、装置の全ての機能を実行する方法ステップを含む。

本発明の上述の特徴を細部にわたって理解することができるように上記において概要説明した本発明の具体的な説明が実施形態を参照して行う。添付の図面は、本発明の実施形態に関しており、これらについて次のように簡単に説明する。

本発明の実施形態としての電子ビーム装置を備えた荷電粒子ビーム装置又はウェーハ画像化システムの概略側面図である。 本発明の実施形態としての電子ビーム装置の概略側面図である。 本発明の実施形態としてのエミッタクリーニング用フィラメントモジュールの概略側面図である。 別の実施形態としてのエミッタクリーニング用フィラメントモジュールの略図である。 エミッタをクリーニングする実施形態を示す流れ図である。

次に、本発明の種々の実施形態を詳細に参照し、これら実施形態の１つ又は２つ以上の実施例が図示されている。図面の以下の説明の範囲内において、同一の参照符号は、同一のコンポーネントを示している。一般に、個々の実施形態に関する相違点のみを説明する。各実施例は、本発明の説明のために提供されており、本発明を限定するものではない。例えば、一実施形態の一部として図示され又は説明される特徴を他の実施形態に又はこれと関連して使用することができ、それにより更に別の実施形態が得られる。本発明は、かかる改造例及び変形例を含むものである。

本願の保護範囲を限定するものではなく、以下の説明において、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントは、例示として二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置と称する。本発明は、更に、試料画像を得る目的で粒子、例えば電子若しくはイオン、光子、Ｘ線又は他の信号の形態をした二次及び／又は後方散乱荷電粒子を検出する装置及びコンポーネントに利用できる。一般に、粒子という場合、これは、粒子が光子である光信号並びに粒子がイオン、原子、電子又は他の粒子である粒子と理解されるべきである。

本明細書において用いられる「試料」又は「ウェーハ」という用語は、半導体ウェーハ、半導体ワーク及び他の加工物、例えばメモリディスク等を含むが、これらには限定されない。本発明の実施形態は、材料を蒸着させ又は構造観察される任意の加工物に利用できる。試料は、構造観察される表面又は層が蒸着される表面、エッジ及び代表的にはベベルを有する。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な幾つかの実施形態によれば、装置及び方法は、電子ビーム検査、限界寸法設定分野及び欠陥調査用途向きに構成され又は利用される。

以下の説明よりも詳しい説明は不要であると考えられるが、本願において用いられる電位及び電圧は、コラム（筒）中の別の要素の電位と比較した場合の相対電位であると理解されたい。例えば、エミッタを「大地（アース）」に接続して正の電位をエクストラクタに印加することによってビームを加速することは、絶対値で表した場合に同じ値の負の電位をエミッタに印加してエミッタを大地に接続することと同じである。したがって、便宜上、特定の電圧を用いて説明が行われるが、相対的電位について言及がなされていることは理解されるべきである。したがって、コラム中の第１の要素を「付勢する」という用語は、コラム中の他の要素と比較して規定された電位を提供することを意味し、これは、第１の要素を固定された電位、例えば大地に接続して他方の要素を付勢することを含む場合がある。

一般に、荷電粒子ビームを集束させると言った場合、荷電粒子のビームを発散度に関して減少させることであると理解されたい。これは、ビームの荷電粒子を次のビーム光学素子に向かって集束（合焦）させ又は少なくとも視準して発散度に起因した又は荷電粒子の遮断に起因した荷電粒子の損失を減少させることを意味している。したがって、脱焦は、発散度を増大させることと理解されたい。

本明細書において説明する実施形態によれば、クリーニングエミッタを備えた改良型電子銃装置が提供される。特に、高輝度エミッタ、例えばＣＦＥ及び熱支援型ＣＦＥに関し、荷電粒子ビームコラム内の電子銃チャンバコンポーネント及び他のコンポーネントのクリーニングは、重要である。したがって、工業規格に関し、自動化目的及び／又は長いシステム動作時間を得るための高い安定性が提供される必要があるということが考慮されるべきである。

源の輝度は、電子ビーム利用検査システムにおいて高い分解能及び高いスループットの達成にとって重要なパラメータである。代表的な源は、電子が高電界（冷電界放出によって抽出される鋭利な導電性（金属製）チップを利用しており（cold field emission）：ＣＦＥ）、場合によっては、増大した温度で支援される（熱支援型電界放出）。次に、電子を極めて狭い表面領域から放出させる。これにより、放出が放出面上への単一原子吸着に対して更に極めて敏感になる。放出面上に吸着する可能性のある原子は、主として、周囲表面から発し、特に、エミッタチップから来た電子ビームによって原子脱離を刺激することができる抽出電極から発する。

代表的な実施形態によれば、エミッタチップは、タングステン、モリブデン、タンタル、炭化物、例えばＨｆＣ、ＺｒＣ及びこれらの任意の組み合わせから成る群から選択された任意の材料から成るのが良い。熱支援型電界放出を用いてエミッタチップから電子放出を可能にするため、エミッタチップを加熱するのが良い。代表的な実施形態によれば、エミッタチップを周囲温度を超える温度まで加熱するのが良い。

本明細書において説明する実施形態によれば、例えばエクストラクタの抽出電極又はアノードの表面の初期クリーニングのための装置が提供される。それにより、ＣＦＥの動作中における電子刺激脱離が減少する。

図１は、本発明の実施形態を示している。一般に、電子ビーム装置の動作は、真空条件下で行われる。したがって、真空ポンプが装置の各チャンバのポートに連結される。図１を参照すると、電子銃チャンバ（以下、「ガンチャンバ」という）１０ａ、中間真空チャンバ１０ｂ及び試料チャンバ１０ｃが提供されている。代表的には、これらチャンバの各々は、真空ポンプ又は真空ポンプシステムの連結のための１つ又は２つ以上の真空ポート１１ａ，１１ｂ，１１ｃをそれぞれ有している。それにより、真空度に関する要件は、試料チャンバからガンチャンバに向かって厳しくなっており、即ち、ガンチャンバは、代表的には、コラム中で最も低い圧力状態にある。

電子ビームによりイオン化される場合のある気体分子が装置からポンプで送り出される。本発明の範囲を数個のチャンバを備えたシステムに限定するものではなく、通常、装置は、互いに異なるチャンバ１０ａ〜１０ｃに細分される。例えば、電子銃の動作に必要な真空は、試料の近くで必要な真空よりも低い圧力を有する。かくして、少なくとも、ガンチャンバ１０ａ、コラム中の他のビーム案内手段のためのチャンバ１０ｂ及び試料チャンバ１０ｃを設けることが通例である。真空ポンプの動作は、分子をポンプ送りするのに要する時間の大部分にわたって行われ、分子は、電子ビーム装置の組み立て中、製造中、チャンバからの新たな試料の漏れ又は新たな試料の導入によりチャンバのうちの１つに入る。装置の意図した使用の開始前に、チャンバは、所定の圧力レベルまでポンプで廃棄されなければならない。

意図した使用中、例えば試料２の検査中、画像化中、試験中又はパターニング中、電子ビームエミッタ１５が光軸１に沿って電子ビームを放出する。したがって、「意図した使用」という用語は、電子ビーム装置の目的がどのようなものであれ、例えば検査、画像化、試験のための測定又はパターニングの実施、リソグラフィーのためのパターニングの実施等と理解されるべきである。本発明の内容は、意図した使用とは異なり、保守作業としてのクリーニングステップ、位置合わせステップ、較正ステップ等に関する。

冷電界エミッタは、ガンチャンバ１０ａの清浄さについて特に高い要求をもっている。したがって、１×１０^-11ｍｂａｒ以下の圧力が提供される。代表的には、ゲッタポンプ、サブリメーションポンプ、例えばチタンサブリメーションポンプ及びＮＥＧ（non evaporable getter：非蒸発性ゲッタ）から成る群から選択されたポンプが真空フランジ１１ａに連結される。

例えば電子の放出に関し、エミッタチップ（先端部）は、３ｋｅＶ〜２０ｋｅＶの電圧がエミッタ１５とエクストラクタ８との間にもたらされるようエクストラクタと比較して負の電位に付勢される。かくして、サプレッサは、放出されたビームの発散度を調節するよう通常の動作中に用いられ、例えば、オプションとして、アノード６のところ又は別の最終アパーチュアのところでのビーム整形の結果として所望のビーム電流を得ることができるようになる。

クリーニング動作中、補助エミッタ電極１６は、電子が熱放出されるよう加熱される。これら熱放出電子は、表面に当たって、分子及び原子を脱離させ、かかる分子及び原子は、高い真空条件であっても表面のところに提供される。電子フラッドガン又は他の電子放出装置による一般的なクリーニング中、クリーニングのための電子は、ガンチャンバ内で、例えばガンチャンバ内のエクストラクタ及び他のコンポーネントの広い領域内で広範囲に散らばる。かくして、多くの分子は、熱放出された電子によってクリーニングされる領域のサイズに照らして脱離する。しかしながら、冷電界エミッタのためのガンチャンバ内における圧力及び清浄さに関する高い要求に照らして、これは、有益には回避される。したがって、本明細書において説明する実施形態に関し、サプレッサ９がクリーニングプロセスに利用される。補助エミッタ電極１６が、光軸１に対する半径方向位置において、サプレッサに対して半径方向位置の外側に位置して設けられているので、サプレッサ電極内の領域は、電子によっては処理されない。

さらに、サプレッサは、代表的には、クリーニング中、負の電位に付勢される。したがって、補助エミッタ電極１６の後に位置するガンチャンバの領域は、電子によっては処理されない。換言すると、クリーニング領域は、エクストラクタ８内の開口部の近くの領域に集められると共に／或いは集中して位置する。したがって、光軸周りのほんの僅かな表面領域だけがクリーニングされる。光軸周りのこの領域は、有益には、通常動作中、エミッタ１５により放出される電子ビームがこれら表面にも当たることができ、その結果、脱離が刺激されるのでクリーニングされる。通常動作中における刺激脱離が有益ではないので、これら領域をクリーニングしなければならない。しかしながら、本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な本明細書において説明する実施形態によれば、クリーニングされる表面の領域は、サプレッサの付勢によって画定される。したがって、クリーニングプロセスは、選択的である。重要ではない表面のところの脱離が回避される。それにより、クリーニングプロセスの結果として、低圧の不必要なロスが起こることがなく、しかもガンチャンバ１０ａ内に不必要な量の脱離粒子が生じることがない。かかる手段なしでは、通常動作を実施することができるまでのポンプ送りプロセスの持続時間は、著しく長くなる。

本明細書において説明する実施形態によれば、クリーニングプロセスを実施するよう構成された制御器が提供される。制御器１１６は、クリーニング中、補助エミッタ電極１６から放出された電子がエクストラクタ８の開口部に向かって案内されるようサプレッサ及びエクストラクタに接続されている。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、エクストラクタ電極までのエミッタチップの距離は、３ｍｍ以下且つ／或いは０．３ｍｍ以上、例えば０．１ｍｍ〜２ｍｍ、０．２ｍｍ〜１ｍｍ又は０．３ｍｍ〜２ｍｍである。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、制御器１１６は、エミッタ１５に更に接続されている。それにより、クリーニング中、エミッタも又負の電位に付勢することができる。したがって、クリーニング中における熱放出電子の衝突（この衝突は、エミッタの特性を破壊し又は劣化させる場合がある）を生じないようそれ自体保護することができる。

通常の動作中、放出された電子ビームは、以下のコンポーネントによって更に案内される。電子は、抽出電極８によって抽出され、光軸１に沿ってアノード６を通り又はアノード６の代わりに設けられたビームアパーチュアを通って試料又はウェーハに向かって加速される。第１の集束レンズ４が電子ビームを集束させるために用いられる場合がある。かくして、電子は、光軸と比較して恣意的な方向には動かない。これとは異なり、電子は、光軸に沿って動き、そして集束される。エクストラクタ８及びアノード６は、エミッタに対して例えば５ｋＶの電位を有する。かくして、電子ビームエミッタの電子は、試料２に向かって加速される。集束レンズ４及びアパーチュア７は、電子ビームを一段と整形するために用いられる。加うるに、集束レンズ４の集束電界の強度に応じて、電子ビームは、アパーチュア７によって或る程度抑制される。かくして、試料に印加されるビーム電流を集束レンズの集束電界の強度によって調節することができる。

対物レンズ５が電子ビームを試料２上に集束させる。それにより、数ナノメートルの電子ビームスポットを達成することができる。このビームスポットを用いると、試料を画像化することができ又は試料上にパターンを書き込みことができる。ビームを偏向させ、光軸１に対してビーム位置を調節し又はビームを試料の領域上で走査させる追加のコンポーネント（図示せず）を用いるのが良い。さらに、試料ステージ３上に置かれた試料を、試料ステージを動かすことによって光軸に対して２次元的に動かすことができる。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な代表的な実施形態によれば、磁気レンズコンポーネント及び静電レンズコンポーネントを含む磁気‐静電型対物レンズが設けられている。それにより、一次電子ビームをコラム中の高エネルギーから例えば１ｋｅＶ以下の低いランディングエネルギーに減速させるために静電レンズコンポーネントを減速レンズ（リタードレンズ）として設けるのが良い。本明細書において説明する実施形態としてのエミッタと減速対物レンズの組み合わせは、試料又はウェーハ上に高い電流密度をもたらすようにする上で特に有用である。したがって、この組み合わせは、高いスループットを得る上で特に有益である。

しかしながら、上述したように、電子がエクストラクタ８、アノード６等のようなコンポーネントに当たると、電子が当たった表面から分子が放出される。それにより、残留ガスのシャワーが生じる。この残留ガスは電子ビームによってイオン化することができる。イオン化された残留ガスの正に帯電したイオンはエミッタ１５に向かって加速される。高いエネルギーまで加速されたイオンは、電子ビームエミッタに付着する場合があり又はエミッタを機械的に変形させる場合がある。それにより、電子ビーム電流は、これらイオンの影響を受け、エミッタの電流ノイズ及び／又は損傷が生じる。

かくして、上述した意図した使用前に、電子ビーム装置の予備処理が必要とされる。それにより、クリーニングエミッタ１６が電子を生じさせるために用いられる。これら電子も又、エクストラクタ８、アノード６及び他のコンポーネントの選択された表面に当たる。生じた残留ガスは真空ポンプにより装置からポンプ作用で排出することができる。意図した使用とは対照的に、電子ビームエミッタ１５は、クリーニング動作中、それほど強く負に付勢されることはない（例えば数ボルト）。かくして、いずれにしても僅かな量存在するイオン化残留ガスからのイオンは、電子ビームエミッタ１５に向かって直接強く加速されることはない。

他の解決手段と比較して、クリーニングエミッタ１６は、装置内に広い余剰の空間を必要としない。さらに、サプレッサ１６をクリーニングプロセスのために利用することによってクリーニングされる領域を選択したり調節したりすることができる。加うるに、表面をクリーニングするためにクリーニングエミッタによって放出される電子は、ほぼ光軸１に沿って移動する。それにより、特に、意図した使用中に電子ビームが当たる場合のある表面が、クリーニングされる。かくして、クリーニングステップは、意図した使用に適した表面に集中して実施される。

本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な本明細書において説明する実施形態によれば、電子エミッタ装置が提供される。この装置は、電界エミッタチップ（これは、オプションとして、熱支援型電界放出のためにチップを加熱するヒータを備える）、エクストラクタ電極、サプレッサ電極及びサプレッサ電極の半径方向外側に、例えば、サプレッサ電極とエクストラクタとの間に配置された追加の熱電子エミッタを含み、熱放出された電子によるエクストラクタの表面の規定された部分の照明が可能である。熱電子エミッタは、サプレッサに対して同心状に配置されたリングの形状を有するのが良い。エクストラクタ電極は、散乱電子がサプレッサ‐エクストラクタ領域の外側に広がるのを回避するために「カップ」形状を有するのが良い。

図２は、電子ビーム装置の２つのチャンバ、即ち、ガンチャンバ１０ａ及び別のチャンバ１０ｂを示している。図２に示されているように、２つ以上の補助エミッタ電極１６を用いてクリーニング電子を放出させるのが良い。軸外し電子フラッドガン４２が用いられる場合、意図した使用中に電子が当たる場合のあるコンポーネントの視野又は一部だけがクリーニングされる。さらに、光軸１に沿って設けられたガンチャンバ１０ａの外側に位置するコンポーネントのクリーニングは、一層困難である。エクストラクタ８、アノード６、アパーチュア７等の表面は、意図した使用中、残留ガスの生成に関して特に重要である。さらに、上述したように、表面領域の選択及び／又は制限は、過剰刺激脱離を回避するために望ましい。かくして、クリーニングエミッタをサプレッサ１６に対して同心的に且つ光軸の近くに位置決めすることにより、全ての関連の表面のクリーニングが可能になる。

上述したように、意図した使用前に、クリーニングエミッタ１６を利用するクリーニングステップが実施される。これは、全ての測定又はパターニング作業前にクリーニングステップを実施すると理解されてはならず、例えばいったん組み立てた後、保守後又は意図した使用が始まる前に装置の内部に汚染をもたらす場合のある動作後、クリーニングステップを実施するものと理解されるべきである。加うるに、定期的な使用が始まる前にクリーニングステップを定期的に、例えば１００〜１０００回目の測定毎に利用するのが良い。かくして、意図した使用中に電子ビームが当たる表面が分子、原子、イオン等で汚染される場合に意図した使用前にクリーニングステップが必要であるにすぎない。しかしながら、クリーニングエミッタの異なる使用法に応じて、クリーニングプロセスは、常時実施中であっても良い。変形例として、荷電粒子装置の意図した使用中にのみクリーニングプロセスを実施できないようにしても良い。かくして、清浄さの向上を達成することができる。クリーニングを意図した使用中に実施できないようにする場合、残留ガスから例えば電界エミッタチップに向かうイオン又はイオン化分子の加速を回避することができる。

上述したように、クリーニングステップ中、クリーニングエミッタ１６は、電子ビーム装置の表面、即ち、エクストラクタ８、アノード６、ハウジングの部分等に当たる電子を放出する。それにより、残留ガスのシャワーがそれぞれの表面から放出される。次に、この残留ガスを装置のガンチャンバ１０ａ、チャンバ１０ｂ又は他のチャンバからポンプで送り出す。

かくして、別の観点を考慮しなければならない。図２に示されているように、意図した使用のための電子ビームエミッタは、ワイヤ（電線）及び電界エミッタチップを有する電界エミッタである。一般に、電界エミッタチップは、ワイヤに溶接される。電界放出のため、高電位が電界エミッタに印加される。エミッタチップの小さな曲率半径に起因して、高電界が得られる。それにより、電子がエミッタチップ表面から逃げ出る場合がある。しかしながら、これら高電界は又、チャンバの不十分なクリーニングの場合、イオン化原子又は分子に作用する。イオン化原子又は分子は、小さな曲率半径に起因して、電界エミッタチップ上に集束される。かくして、提供されるクリーニング実施形態及びその動作方法は、電界エミッタにとって特に有用である。クリーニングエミッタ１６の動作中、電界エミッタは、意図した使用に類似して付勢される必要はない。しかしながら、幾分かの負の電位は、補助エミッタ電極１６からの電子がエミッタ１５に当たるのを阻止することができる。電位の低下に起因して、イオン化原子及び分子に作用するエミッタチップ１５に向かう集束力が生じない。

考慮されるべき別の観点は、エミッタの周りに位置するコンポーネントの付勢に関する。クリーニングユニットの一使用法によれば、エミッタ、エクストラクタ８及びアパーチュア６は、補助エミッタ電極１６からの電子の加速の度合いが意図した使用と比較して低いように付勢される。それにより、イオン化原子及び分子の加速も又減少する。かくして、クリーニング作業中にイオン化原子及び分子により導入される損傷を減少させることができる。上述のことを考慮すると、クリーニングエミッタとしての熱電子エミッタの使用は、有利な場合がある。というのは、熱電子エミッタを電界エミッタに必要な電圧よりも約一桁低い電圧に付勢することができるからである。

図３Ａ及び図３Ｂを参照して電子エミッタクリーニングフィラメントモジュールの一実施形態について説明する。エミッタモジュールは、キャリヤ本体３２を有する。キャリヤ本体は、高電圧ワイヤのフィードスルー３４のための絶縁材となる絶縁材料から成る。電子ビームエミッタ１５及びクリーニングエミッタ１６のための高電圧が接触ピン３３に印加される。これら接触ピンは、電子ビームエミッタ１５のワイヤに接続されると共にクリーニングエミッタ１６のフィラメントに接続されている。図３Ａ及び図３Ｂに示されているように、意図した使用のための電子ビームエミッタ１５は、電界エミッタチップがワイヤに接続された電界エミッタである。クリーニングエミッタ１６は、タングステン、ランタンヘキサボライド（Lanthanum Hexaboride）等で作られた熱電子エミッタである。それにより、高電流を達成することができる。したがって、タングステンフィラメントは、少なくとも５０μｍの厚さを有する。フィラメント厚さは、５０μｍ〜５００μｍであるのが良い。好ましくは、フィラメント厚さは、１００μｍ〜２００μｍである。かくして、タングステンフィラメントは、タングステンフィラメントの他の使用法と比較して高温への加熱を可能にするのに足るほど強固である。これにより達成される高電流は、迅速なクリーニングを可能にする。

図３Ａに示されているように、クリーニングエミッタ１６のタングステンワイヤを電子ビームエミッタ１５に隣接して位置する２つのチップが形成されるように形成することができる。２つのクリーニングエミッタ１６が設けられるのが良い。クリーニングエミッタ１６は、電子ビームエミッタ５の次に配置されている。２つのクリーニングエミッタを別々のワイヤを介して付勢することができる。

別の実施形態が図３Ｂに示されている。図３Ｂでは、上述の実施形態と比較して２つの改造例が示されている。これら改造例、即ち、キャリヤ本体の構造及びクリーニングエミッタ１６の配置に関する改造例を本明細書において説明する他の実施形態と互いに別個独立に組み合わせることが可能である。

図３Ｂでは、キャリヤ本体３２は、３つのコンポーネント３２ａ，３２ｂ，３２ｃから成っている。しかしながら、これらコンポーネントは、これらが例えば電子ビーム装置の保守中、一体品として交換できる１つのキャリヤ本体を形成するよう構成されている。かくして、本発明によれば、キャリヤ本体は、例えばエミッタワイヤのためのフィードスルー３４を備えた単一部品ユニットで作られても良く、フィードスルーを備えた数個の部品で作られても良く、又は幾つかの部品の交差部のところにフィードスルーを備えた数個の部品で作られても良い。

図３Ｂでは、クリーニングエミッタ１６は、電界エミッタチップ１４の周りに位置するリングの形態で設けられている。かくして、クリーニング電子を光軸の近くで広い領域にわたって放出することができる。かくして、多くのクリーニング電子を光軸の近くに提供することができる。クリーニングエミッタリングの半径は、１００μｍ〜２ｍｍであるのが良く、好ましくは２００μｍ〜０．５ｍｍである。

本明細書において用いた用語及び表現は、説明の用語又は表現としてであって本発明を限定するものではなく、かかる用語及び表現の使用にあたって、図示すると共に説明した特徴又はこれらの部分の均等例を排除するものではない。かくして本発明を詳細に説明したが、以下の特許請求の範囲に記載された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく本発明の種々の改造を行うことができることは明らかなはずである。

本明細書において説明した実施形態によれば、熱電子クリーニングエミッタによるクリーニングのためのサプレッサの利用によりクリーニングプロセスを向上させることができる。それにより、考慮されなければならないこととして、種々のコンポーネントを互いに異なる実施形態に応じて次のように付勢するのが良い。意図した使用中、即ち、通常の動作中、エクストラクタは、エミッタに対して３ｋＶ〜２０ｋＶの電位に付勢されるのが良く、サプレッサは、エミッタに対して−５Ｖ〜−５００Ｖの電位に付勢されるのが良い。ガンチャンバ及び／又は他のチャンバ及びチャンバ内のそれぞれのコンポーネントのクリーニング中、エクストラクタをエミッタに対して＋５００Ｖ〜＋２０００Ｖの電位に付勢するのが良く、サプレッサをエミッタに対して０Ｖ〜＋１０Ｖ又はそれどころか＋５０Ｖの電位に付勢するのが良い。

図４は、クリーニングの実施形態を示している。代表的には、電子銃装置のエクストラクタ電極の少なくとも１つの表面をクリーニングする。ステップ４０２において、サプレッサ電極をエミッタに対して正の電位、特に０Ｖ〜＋５０Ｖ又はそれ以上に付勢する。ステップ４０４において、電子を補助エミッタ電極から熱放出する。ステップ４０６において、熱放出電子を用いてエクストラクタ電極の少なくとも１つの表面を処理し、この場合、サプレッサ電極の付勢は、熱放出電子による予備処理の領域を制御する。

これら実施形態の更に別の具体化例によれば、エミッタチップを、電子を熱放出している間、負の電位、即ち、エクストラクタに対して負の電位に且つサプレッサに対しても数ボルトだけ付勢するのが良い。サプレッサの付勢により、熱放出電子がエクストラクタ電極の表面の外側の領域から遠ざけられる。エクストラクタ電極をエミッタに対して正の電位、特に０．５〜２ｋＶに付勢するのが良い。本明細書において説明する他の実施形態と組み合わせ可能な更に別の実施形態によれば、この方法は、クリーニングモードから意図した使用モード、即ち通常動作に切り替えるステップを更に含むのが良い。

上述の説明に照らして、一次電子ビームを発生させる複数の電子銃装置を説明した。それにより、源装置又は電子ビームの装置としても説明できる電子銃装置は、ウェーハ画像化用途、例えば限界寸法設定、欠陥調査、ウェーハ検査（ＥＢＩ）等に有益であると言える高い輝度をもたらすことができる。実施形態は又、ウェーハを画像化するよう構成されたウェーハ画像化システムに関する。それにより、電子銃装置及び電子ビーム装置は、ウェーハ画像化システムのためのアップグレードキットとして役立ちうる。システムは、本明細書において説明した実施形態としての電子ビーム装置に加えて、以下のコンポーネント、即ち、ウェーハ上に電子ビームを集束させるよう構成された対物レンズ（この対物レンズは、磁気レンズコンポーネント及びオプションとして静電レンズコンポーネントを含む）、エミッタチップと対物レンズとの間に設けられた少なくとも１つの集束レンズ、電子ビームを試料上に走査させてウェーハの画像を生成する走査型偏向器装置及びエミッタチップから放出され一次電子ビームを形成する電子を、ウェーハから発し信号電子ビームを形成する電子から空間分離するビーム分離器のうちの１つ又は２つ以上を含むのが良い。

上述の内容は、本発明の実施形態に関するが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明の他の実施形態及び別の実施形態を想到でき、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲の記載に基づいて定められる。

１ 光軸
２ 試料
３ 試料ステージ
４ 集束レンズ
５ 対物レンズ
６ アノード
７ アパーチュア
８ エクストラクタ
９ サプレッサ
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ ガン（電子銃）チャンバ
１１ａ，１１ｂ，１１ｃ 真空ポート
１２ ワイヤ
１４ 電界エミッタチップ
１５ 電子ビームエミッタ
１６ 補助エミッタ電極（クリーニングエミッタ）
３２ キャリヤ本体
３３ 接触ピン
３４ フィードスルー
１１６ 制御器

Claims (20)

1. ウェーハ画像化システムのための一次電子ビームを発生させるよう構成された電子銃装置であって、
   通常動作とクリーニング動作を切り換えるよう構成された制御器を含み、
   電子を提供し光軸に沿って電子ビームを放出するように構成されたエミッタチップを備えた電界エミッタを含み、前記電界エミッタは、冷電界エミッタ及び熱支援型冷電界エミッタから成る群から選択され、前記電界エミッタは、前記制御器に電気的に接続され、
   前記エミッタチップから電子ビームを抽出するようになったエクストラクタ電極を含み、
   前記光軸に対して前記電界エミッタの半径方向外側に配置されたサプレッサ電極を含み、前記サプレッサ電極及び前記エクストラクタ電極のうちの少なくとも一方は、前記サプレッサ電極が、通常動作中については前記エクストラクタ電極に対して第１の電位状態にあり、クリーニング動作中については前記エクストラクタ電極に対して第２の負の電位状態にあるよう前記制御器に電気的に接続され、
   前記光軸に対して前記サプレッサ電極の半径方向外側に配置されると共に電子を光軸に向かって熱放出する熱電子エミッタとして設けられた少なくとも１つの補助エミッタ電極を含む、電子銃装置。
2. 前記補助エミッタ電極は、ほぼリング状の構造体を有し、前記リング状の構造体は、前記サプレッサ電極に対してほぼ同心状に配置されている、請求項１記載の電子銃装置。
3. 前記エクストラクタ電極は、カップ状の構造体を有し、前記カップ状の構造体は、前記サプレッサ電極に対してほぼ同心状に配置されている、請求項１記載の電子銃装置。
4. 前記補助エミッタ電極は、少なくとも２つの部分電極から成る、請求項１に記載の電子銃装置。
5. 前記サプレッサ電極は、０．３〜１．２ｍｍの開口部を含む、請求項１に記載の電子銃装置。
6. 前記エミッタチップは、前記サプレッサ電極を貫通して突き出ている、請求項１記載の電子銃装置。
7. 前記制御器は、前記クリーニング動作中において、前記エミッタチップを前記エクストラクタ電極に対して負の電位にバイアスするように構成されている、請求項１記載の電子銃装置。
8. ウェーハを画像化するよう構成されたウェーハ画像化システムであって、
   ウェーハ画像化システムのための一次電子ビームを発生させるよう構成された電子銃装置を備え、
   前記電子銃装置は、
   通常動作とクリーニング動作を切り換えるよう構成された制御器を含み、
   電子を提供し光軸に沿って電子ビームを放出するように構成されたエミッタチップを備えた電界エミッタを含み、前記電界エミッタは、冷電界エミッタ及び熱支援型冷電界エミッタから成る群から選択され、前記電界エミッタは、前記制御器に電気的に接続され、
   前記エミッタチップから電子ビームを抽出するようになったエクストラクタ電極を含み、
   前記光軸に対して前記電界エミッタの半径方向外側に配置されたサプレッサ電極を含み、前記サプレッサ電極及び前記エクストラクタ電極のうちの少なくとも一方は、前記サプレッサ電極が、通常動作中については前記エクストラクタ電極に対して第１の電位状態にあり、クリーニング動作中については前記エクストラクタ電極に対して第２の負の電位状態にあるよう前記制御器に電気的に接続され、
   前記光軸に対して前記サプレッサ電極の半径方向外側に配置されると共に電子を光軸に向かって熱放出する熱電子エミッタとして設けられた少なくとも１つの補助エミッタ電極を含み、
   ウェーハ画像化システムは、更に、
   電子ビームを前記ウェーハ上に集束させるよう構成された対物レンズと、
   前記エミッタチップと前記対物レンズとの間に設けられた少なくとも１つの集束レンズと、
   電子ビームを試料上に走査させて前記ウェーハの画像を生成する走査型偏向器装置と、を含む、ウェーハ画像化システム。
9. 前記対物レンズは、静電レンズコンポーネントを更に含む、請求項８記載のウェーハ画像化システム。
10. 前記対物レンズは、複合磁気−静電型減速対物レンズである、請求項９記載のウェーハ画像化システム。
11. 前記エミッタチップから放出され前記一次電子ビームを形成する電子を、前記ウェーハから発し信号電子ビームを形成する電子から空間分離するビーム分離器を更に含む、請求項８に記載のウェーハ画像化システム。
12. 電子銃装置のエクストラクタ電極の少なくとも１つの表面をクリーニングする方法であって、前記電子銃装置は、エミッタチップを備えたエミッタと、サプレッサ電極と、前記エクストラクタ電極と、補助エミッタ電極と、を含み、前記方法は、
    前記エクストラクタ電極に対して負の電位である電位を前記サプレッサ電極に印加するステップと、
    前記補助エミッタ電極から電子を熱放出するステップと、
    前記熱放出された電子を用いて前記エクストラクタ電極の前記少なくとも１つの表面を予備処理するステップと、を含み、
    前記サプレッサ電極の前記電位が、前記熱放出電子による予備処理の領域を制御する、方法。
13. 前記エクストラクタ電極に対する前記サプレッサ電極の前記負の電位は、絶対値で表して０．５ｋＶ以上である、請求項１２記載の方法。
14. 電子の熱放出中、前記エミッタチップを前記エクストラクタ電極に対して負の電位にバイアスするステップを更に含む、請求項１２記載の方法。
15. 前記エクストラクタ電極に対する前記エミッタチップの前記負の電位は、絶対値で表して０．５ｋＶ以上である、請求項１４記載の方法。
16. 前記サプレッサ電極の前記電位は、熱放出された電子を前記エクストラクタ電極の前記表面の外側の領域から遠ざける、請求項１２記載の方法。
17. 電子の熱放出中、前記エミッタチップを前記サプレッサ電極に対してある電位にバイアスするステップを更に含む、請求項１２に記載の方法。
18. 前記サプレッサ電極に対する前記エミッタチップの前記電位は、前記サプレッサ電極に対して０Ｖ〜−１００Ｖの範囲にある、請求項１７記載の方法。
19. 補助エミッタ電極から電子を熱放出しない別の動作モードに切り替えるステップを更に含み、前記別の動作モードは、通常動作モードである、請求項１２に記載の方法。
20. 前記制御器は、プログラムコードが保存されていて前記プログラムコードが実行されると、前記電子銃装置の前記エクストラクタ電極の少なくとも１つの表面をクリーニングする方法を実行するコンピュータプログラム製品を含み、前記方法は、
    前記制御器により、前記エクストラクタ電極に対して負の電位である電位を前記サプレッサ電極に印加するステップと、
    前記補助エミッタ電極から電子を熱放出するステップと、
    前記熱放出された電子を用いて前記エクストラクタ電極の前記少なくとも１つの表面を予備処理するステップと、を含み、
    前記サプレッサ電極の前記電位が、前記熱放出電子による予備処理の領域を制御する、請求項８に記載のウェーハ画像化システム。

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