(57)【要約】【課題】カソードおよびアノードを有する電子銃から電子線を試料に照射する電子線装置において、試料表面に電子線を一様な照射量で照射する。【解決手段】カソードおよびアノードを有する電子銃から電子線を試料に照射する電子線装置において、電子銃と試料との間に設けた静電偏向器およびまたは電磁偏向器により試料面上の走査を行ない、走査間隔を試料の中央部にて粗く、周辺部にて密となるようにほぼ走査位置の半径に逆比例するようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソードおよびアノードを有する電子銃から放出される電子線を試料上に照射する電子線装置において、電子銃と試料との間に設けた静電偏向器およびまたは電磁偏向器により試料面上の走査を行ない、走査間隔を試料の中央部にて粗く、周辺部にて密となるようにほぼ走査位置の半径に逆比例するようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載した電子線装置において、走査ビームの寸法を走査間隔より大きくしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の電子線装置において、静電偏向器が所定量の最小偏向量を与えるようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の電子線装置において、試料から見通せる電子線装置の真空室の壁表面の少なくとも一部を、二次電子発生率の小さい材料で形成したことを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
カソードおよびアノードを有する電子銃から放出される電子線を試料上に照射する電子線装置において、試料から見通せる電子線装置の真空室の壁表面の少なくとも一部を、二次電子発生率の小さい材料で形成したことを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
前記材料は、カーボンコーティングまたは貴金属コーティングからなることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
半導体デバイスを製造する方法であって、
ａ．ウエハに材料をコーティングするステップ、
ｂ．コーティングされたウエハを電子線装置の真空室にローディングするステップ、
ｃ．カソードおよびアノードを有する電子銃から放出される電子線を前記ウエハに向けるステップ、
ｄ．電子銃と試料との間に設けた静電偏向器および／または電磁偏向器により前記ウエハ上の走査をおこなうステップ、
ｅ．走査をおこなったウエハを大気に取り出すステップ、
を有し、前記ステップｄにおいて、前記走査間隔はウエハの中央部では粗く、周辺部では密となるように走査することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線装置に関し、より詳細には、電子銃から放出される電子線を、試料表面に一様な照射量で高スループットで照射できるようにした電子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電子線装置において、試料に電子線を照射し、試料表面の評価、検査、塗布材料の改質等を行なう場合、試料表面に電子線を一様な照射量（ドーズ）で照射することが必要とされる場合がある。
【０００３】
従来の電子線装置では、広いカソード面を有する電子銃から放出される電子線を平行ビームとして８インチのウエハ全面をほぼ一様な照射量で照射する装置があった。しかしながら、従来の電子線装置では、照射されるべき試料が１２インチウエハのごとく大型化された場合、電子線強度の一様性を確保することは極めて困難であった。また、電子線装置の真空室の壁が、試料の塗布材料からの放出物で汚染される結果、照射強度の一様性が短時間で損なわれ、このため真空室をしばしば分解して清掃する必要があった。さらに、電子線と中性ガスとの衝突や塗布材料への照射により発生した正イオンがカソードに向け加速される結果、カソードがイオン衝撃によって短時間で劣化するという欠点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の欠点を除去すべくなされたものであって、１２インチウエハのごとき大型の試料であっても、一様な照射量で電子線照射を行なうことができ、真空室をしばしば分解清掃する必要が無く、かつカソードの寿命を大幅に伸ばすことができ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】
上記した目的を達成するために、本発明は、カソードおよびアノードを有する電子銃から放出される電子線を試料上に照射する電子線装置において、電子銃と試料との間に設けた静電偏向器およびまたは電磁偏向器により試料面上の走査を行ない、走査間隔を試料の中央部にて粗く、周辺部にて密となるようにほぼ走査位置の半径に逆比例するようにしたことを特徴とする電子線装置を提供する。
【０００６】
上記した電子線装置において、走査ビームの寸法を走査間隔より大きくすることが望ましい。
【０００７】
また、照射により発生するイオンビームがカソードに入射しないように、上記した電子線装置において、静電偏向器が所定量の最小偏向量を与えるようにすることが望ましい。
【０００８】
また、試料の塗布材料からの放出物で真空室の壁表面が汚染されないように、上記した電子線装置において、試料から見通せる電子線装置の真空室の壁表面の少なくとも一部を、二次電子発生率の小さい材料で形成することがのぞましい。
【０００９】
また、本発明は、カソードおよびアノードを有する電子銃から放出される電子線を試料上に照射する電子線装置において、試料から見通せる電子線装置の真空室の壁表面の少なくとも一部を、二次電子発生率の小さい材料で形成したことを特徴とする電子線装置を提供する。
【００１０】
上記材料は、カーボンコーティングまたは貴金属コーティングとすることができる。
【００１１】
さらに、本発明は、半導体デバイスを製造する方法であって、
ａ．ウエハに材料をコーティングするステップ、
ｂ．コーティングされたウエハを電子線装置の真空室にローディングするステップ、
ｃ．カソードおよびアノードを有する電子銃から放出される電子線を前記ウエハに向けるステップ、
ｄ．電子銃と試料との間に設けた静電偏向器および／または電磁偏向器により前記ウエハ上の走査をおこなうステップ、
ｅ．走査をおこなったウエハを大気に取り出すステップ、
を有し、前記ステップｄにおいて、前記走査間隔はウエハの中央部では粗く、周辺部では密となるように走査することを特徴とする半導体デバイスの製造方法を提供する。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施の形態による電子線装置の主要部を断面図にて示したものである。該実施の形態における電子銃１は、４ｍｍφの電子線放出面を有するＬａＢ６カソード２と、該カソード加熱用のカーボンヒーター３と、これらカソードとカーボンヒーターとを固定する支持体４と、ウェーネルト電極５と、および引出し電極またはアノード６とから構成されている。
【００１３】
カソード２は、４ｍｍφと大きな電子線放出面を有するので、数１０ｍＡのカソード電流を得るには温度を１５００°Ｋ程度と低温にでき、ＬａＢ６の蒸発速度を十分低くすることができ、このためカソードの寿命は主にイオン衝撃によって左右される。ビーム電流を２０ｍＡにした場合、１ミリクーロン／ｃｍ２のドーズを与えても１２インチウエハを１分以内で照射することができる。ウェーネルト５は、空間電荷効果によりビームが拡がるのを防ぐため、ビームの最外部の軌道と６７．５度の角度をなす円錐形に形成されている。アノード６もウェーネルト５とほぼ同じ角度の円錐形状を有する。
【００１４】
電子銃１から出てきた電子線は、空間電荷効果によって拡がるので、３枚の電極７，８，９を有する静電レンズ１０により集束して、ウエハＷ上で比較的小寸法のビームになるように絞る。レンズ１０の直後には、８極の静電偏向器１１と、サドル型電磁偏向器１２とを設けてある。電磁偏向器１２は、偏向コイル１３と強磁性体からなるコア１４とを有する。電磁偏向器１２の偏向コイル１３の内側の真空壁１５は電気抵抗の大きいＴｉで形成し、その厚みを５００μｍとした。これらの偏向器によって、後述するように電子線は１２インチウエハＷの全面を一様な照射量で走査することができる。ウエハＷ近傍の装置外部には、偏向コイル１６と強磁性体からなるコア１７とを含む電磁偏向器１８が設けられ、偏向してきたビーム１９の軌道をウエハ表面に塗布された低Ｋ樹脂２０にほぼ垂直に入射するように偏向されるようになっている。
【００１５】
低Ｋ樹脂２０への照射により発生したハイドロカーボンが、電子線装置の真空室の壁２１に付着するのを防止するため、ウエハＷから見通せる真空室の壁２１には、金や白金のごとき貴金属がコーテイング２２してある。金や白金のごとき貴金属は、反応し難いので、真空室の壁にハイドロカーボンが付着するのを防止することができる。また、貴金属の代りに、カーボンのごとき二次電子放出率の小さい低原子番号の材料を真空室の壁に使用してもよい。
【００１６】
カソード２を劣化させるイオンビーム２３，２４は、電子線の通路に沿って発生し、ビームが通っている場所が、電子線の空間電荷によって電位が低くなっているので電子線の通路に沿って集まり、カソード２に向かって加速される。本実施の形態における電子線装置では、イオンビーム２３，２４がカソード２に向かう際に、カソード２の手前に静電偏向器１１が設けられているので、電子銃１から放出された電子線が図の右側１９’へ偏向されている時刻には、反対方向に進んできたイオンビームは、左側へ偏向するために２３で示したように光軸ＯＡからさらに離れるように偏向するためにカソード２には向かわず、したがって、従来のようにイオン衝撃によってカソードが劣化するおそれが無い。
【００１７】
一次電子線が光軸近くの場所を走査している時は、偏向器１１，１２による偏向量がゼロに近いので、イオンビームがカソードを直撃するおそれがある。このため、本実施の形態の装置では、光軸上を進んできたイオンビームがカソードを直撃せず、２４の軌道を取るように、すなわちアノード６またはウェーネルト５に入射するように（図示例ではアノードに入射）、静電偏向器１１には常に一定の最小の偏向量を与えるようにしてある。
【００１８】
一次電子線にさらに小さい偏向量を与えたい場合には、電磁偏向器１２により、静電偏向器１１と逆方向の偏向を与えるようにすればよい。すなわち、これによって一次電子線の偏向量はさらに小さくなり光軸に接近するが、イオンは電磁偏向器１２ではほとんど偏向されないので、光軸方向へ偏向される量は無視できる程度であり、２４の軌道はほとんど変わらない。
【００１９】
図２は、上記一次電子線およびイオンビームの偏向とウエハＷとの関係、および一次電子線でウエハ表面を一様な照射量で照射するための偏向についての説明図である。
【００２０】
本実施の形態における電子線装置では、一次電子線でウエハを照射する場合、静電偏向器１１により、例えば３１で示したように、一定の半径でウエハＷ上で円を描くように一次電子線を偏向させ、少しずつ半径を変えながら照射する。この場合、一次電子線の走査間隔は照射位置の半径に逆比例するようにすれば、ウエハ表面を一様な照射量で照射することができる。すなわち、３５で示すウエハの中央部では走査間隔を大きく、また、３４で示す周辺部で間隔を小さくなるように走査すればよい。
【００２１】
また、３３に示したように小さい半径の場（光軸に近い領域）を照射したいときは、静電偏向器１１による偏向３１に加えて、３２で示すように、電磁偏向器１２による偏向を加えればよい。電磁偏向器１２による偏向は、静電偏向器１１による半径よりも若干小さい半径で、かつ１８０°位相が異なるようにすればよい。このとき、一次電子線の走査軌道は、両偏向器からの偏向量によって小さい半径の円軌道３３に沿うが、イオンビームの軌道は電磁偏向３２によってほとんど影響されないので、図１および図３に示すように、２３の軌道を描き、上記したようにアノード６に入射するので、カソードを直撃することは無い。
【００２２】
また、一次電子線のビーム寸法は、その強度分布を図２の３６で示したように、周辺部３４，中央部３５のいずれの領域においても、走査間隔よりもかなり広い半径の強度分布となるようにしてある。例えば、１０〜２０ｍｍφのビームを作り、この寸法より十分小さい間隔でウエハを走査する。このようなビーム寸法の一次電子線を少しずつ半径を変えながら照射することにより、ウエハ全面を一様な照射量で照射することができる。
【００２３】
走査間隔をどの程度にすればよいかは、強度分布を与えてシュミレーションによって求めてもよいし、実測によって一様な照射強度が得られる走査間隔を求めてもよい。
【００２４】
【実施例】
図４に本発明による電子線装置を多層配線を有するデバイス製造に適用した場合のフローチャートを示す。
【００２５】
前工程にてトランジスターアレーを完成したウエハに低Ｋ樹脂を塗布した後（ステップ１００，１０１）、本発明の電子線装置で電子線を照射することにより低Ｋ樹脂をキュアした（ステップ１０２）。キュア後絶縁層の厚みの変化が規定値より大きい場合はＣＭＰ（化学機械研磨）で研磨し、平坦にする必要がある（ステップ１０３）。
【００２６】
その後、ビア穴を形成し、そのビア穴に金属を埋め込み、メタル層を形成し、リソグラフィー工程により配線を形成した（ステップ１０４，１０５，１０６）。これらの工程を多層配線の層数だけ繰り返した後、ダイシング等からなる後工程へ送る（ステップ１０７，１０８）。
【００２７】
本発明による電子線装置をステップ１０２の低Ｋ樹脂のキュアに適用することにより、デバイス製造において低Ｋ樹脂を一様な照射量で照射することができる。
【００２８】
なお、上記実施の形態は、とくにウエハ上に塗布された低Ｋ樹脂の電子線照射について記載したが、本発明はこれに限らず、試料表面の評価、検査、処理、分析等試料表面に電子線を一様な照射量で照射する用途に適用できる。
【００２９】
また、本発明は、次のステップからなる半導体デバイスの製造方法に適用することができる。
ａ．ウエハに材料をコーティングするステップ、
ｂ．コーティングされたウエハを電子線装置の真空室にローディングするステップ、
ｃ．カソードおよびアノードを有する電子銃から放出される電子線を前記ウエハに向けるステップ、
ｄ．電子銃と試料との間に設けた静電偏向器および／または電磁偏向器により前記ウエハ上の走査をおこなうステップ、
ｅ．走査をおこなったウエハを大気に取り出すステップ、
を有し、前記ステップｄにおいて、前記走査間隔はウエハの中央部では粗く、周辺部では密となるように走査することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば次のような作用効果が得られる。
１）１２インチウエハのごとき比較的大型の試料であっても、一様な照射量で照射することができる。
【００３１】
２）比較的小寸法（１０〜２０ｍｍφ）のビームを作り、この寸法より十分小さい間隔でウエハ面を走査するようにすることにより、一様な照射量で照射することができる。
【００３２】
３）走査用の偏向器より試料側で発生したイオンは、ウェーネルト電極やアノードに入射してカソードには入射しないので、カソードの寿命を大幅に伸ばすことができる。
【００３３】
４）カソード寸法を大きくしてビーム電流を２０ｍＡ程度にすることができるので、１ミリクーロン／ｃｍ２のドーズを与えても１２インチウエハを１分以内で照射することができる。
【００３４】
５）ウエハから見通せる真空室の壁は、カーボンコーティングのような二次電子放出率の小さい材料、あるいは反応しにくい貴金属でコーティングされているので、真空室の壁が絶縁物が汚染されて、ビームの不安定を生ずることが無い。また、真空室の壁が汚染されないので、真空室をしばしば分解清掃する必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態による電子線装置の主要部を示す断面図である。
【図２】一次電子線およびイオンビームの偏向とウエハとの関係、および一次電子線でウエハ表面を一様な照射量で照射するための偏向についての説明図である。
【図３】イオンビームの入射方向から電子銃側を見た平面図である。
【図４】本発明による電子線装置を多層配線を有するデバイス製造に適用した場合のフローチャートを示す。
【符号の説明】
１：電子銃
２：カソード
５：ウェーネルト
６：アノード
１０：静電レンズ
１１：静電偏向器
１２：電磁偏向器
１８：電磁偏向器
１９，１９ａ：電子線
２０：低Ｋ樹脂
２１：真空室の壁
２２：コーティング
２３，２４：イオンビーム
Ｗ：ウエハ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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