(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料上に電子線を照射する電子線装置であって、
中心に小孔が設けられたカソードを備えた軸対称電子銃と、
該カソードの、電子線の進行方向に対して後方に配置されたイオンコレクタであって、正の電圧が印加されるイオンコレクタと、
軸対称電子銃から放出された電子線を細く集束し、かつ一軸方向に走査して、低真空中の試料に、長方形スリットを通じて照射する手段と、
電子銃室を高真空に保持するために、長方形スリットの周辺を差動排気する手段と、
を備えていることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線装置において、電子銃のカソードは、含浸型の酸化物陰極又はＬａＢ６単結晶で構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
半導体デバイスを製造する方法であって、請求項１又は２のいずれかに記載の電子線装置を用いて、レジストをアニールする工程を含んでいる半導体デバイス製造方法。
【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、電子線を細く集束して一軸方向に走査することにより線状ビームを形成し、試料を電子線の走査方向と直交する方向に連続移動させることにより、高スループットで電子線照射を行う電子線装置に関する。本発明はまた、このような電子線装置を用いて、半導体デバイスのレジストをアニールするデバイス装置方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電子線装置において、大気中にある試料に電子線照射を行う場合、線状のカソードを用いることによって、カソードから放出される電子線を細長いビームにし、薄膜が設けられたアスペクト比の大きい長方形窓を介して、大気中に配置された試料に照射を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、試料の評価及び検査を行う場合に、試料の評価領域に一様な強度で電子を照射する必要がある。
しかしながら、上記した従来例の線状カソードを有する電子線装置においては、試料が１５インチ以上の口径の評価領域を有する場合、電子線強度の一様性を確保することが極めて困難である。また、線状カソードは、電子銃室の残留ガスと電子線との衝突により発生した正イオンの影響を受けやすく、線状カソードのフィラメントが比較的短時間で断線してしまうという問題もある。さらに、薄膜の窓での損失があるので、カソードに印加する電子加速用の電圧（加速電圧）を、必要以上に高くする必要がある。さらにまた、ビーム電流を大きくすると薄膜の窓での発熱が大きくなるため、ビーム電流を比較的小さくせざるを得ない。
【０００４】
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、１５インチ以上等の比較的大きな口径の試料であっても、一様な強度で電子照射が可能であり、イオン衝撃に強耐性のカソードを利用でき、窓での発熱を低減させる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、試料上に電子線を照射する電子線装置であって、軸対称電子銃から放出された電子線を細く集束し、一軸方向に走査してアスペクト比の大きい長方形スリットを通して低真空又は大気圧中の試料に照射し、電子銃室を高真空に保持するために、長方形スリットの周辺を差動排気する手段を設けたことを特徴とする電子線装置を提供する。
上記した電子線装置においては、電子銃のカソードは、中心に小孔が設けられていることを特徴とする。
さらに上記した電子線装置において、一次電子線と試料室から入射した気体との衝突で発生した正イオンによって、一次電子線の空間電荷効果による電子線の拡がりを低減させることが出来る。
上記した電子線装置においては、電子銃のカソードは、含浸型の酸化物陰極又はＬａＢ6単結晶で構成されていることが好ましい。
【０００６】
又別の観点からは本発明は、軸対称電子銃から放出された電子線を細かく集束し、一軸方向に走査してアスペクト比の大きい長方形スリットを通して低真空又は大気圧中の試料に照射する電子線装置を提供する。
本発明はさらに、上記した本発明に係る電子線装置を用いて、レジストをアニールする工程を含んでいる半導体デバイス製造方法も提供する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の電子線装置の一実施形態を説明するための説明図である。電子線装置を構成する電子銃は、平面カソード１、ウェーネルト電極２、及びアノード６からなる軸対称型のピアス型電子銃として構成されている。平面カソード１には、その中心に小孔が設けられている。電子銃は電子銃室８に収容され、該電子銃室８は、排気管７及び９を介して真空ポンプ（不図示）に結合されて真空状態に保持される。１１も真空ポンプ（不図示）に結合された排気管であり、ウエハ上空間の排気を行う。
【０００８】
平面カソード１とアノード６はそれぞれ、同心である２つの球の一部として形成されているが、平面カソード１の球は曲率半径が大きいので、平面と近似することができる。
平面カソード１は、ポーラスタングステンに酸化カルシウム等の酸化物陰極材料を含浸した材料で形成され、中央部に穴が設けられている。平面カソード１の材料として、ＬａＢ6単結晶を用いることも可能である。平面カソード１は、支持金具５で保持されたカーボンヒータ４により加熱されて電子を放出する。
【０００９】
平面カソード１から放出された電子は、電子銃の平面カソード１とアノード６の間に印加された電子加速用高電圧により加速され、ウェーネルト電極２に印加された平面カソード１に対する負のバイアス電圧により、放出電流の制御と電子線の収束の制御が行われる。
このようにして、電子銃からの電子は１００μｍφ程度の電子線に絞られ、偏向コイル１０によってＸ方向に高速で走査される。加速電圧が２５ｋＶ以下であれば、９０°偏向あるいは１２０°偏向が達成できる。これは、テレビのブラウン管の例から見て、明らかである。Ｘ方向に走査するために偏向コイル１０に印加する走査信号を三角波とし、その周波数を１ｋＨｚ以下とすることにより、偏向コイル１０のインダクタンス成分の影響を少なくすることができる。したがって、一軸すなわちＸ方向のみの偏向でよいので、走査信号を１ｋＨｚ以下とすれば、９０°偏向が可能となる。
【００１０】
偏向コイル１０によって偏向された電子線（一次電子線）は、ウエハ１５の直上に配置されたしきい板に設けられたスペクト比が大きい長方形の照射スリット１３を介して、試料であるウエハ１５上に照射されてＸ方向に走査される。このとき、ウエハ１５は、Ｘ−Ｙステージ（不図示）によってＹ方向（図面に垂直の方向）に連続的に移動され、これにより、電子線がウエハ上にラスタスキャンされることになる。線状のカソードを用いずに１本の電子ビームでウエハ上を走査しているので、照射強度を一様にすることができる。
【００１１】
図２は、照射スリット１３としきい板の排気溝１２及び１４ととの関係を示している。本発明においては、照射スリット１３の周囲は、２段の排気溝１２及び１４を介して差動排気を行い、光軸方向（ｚ方向）は、排気管７、９、及び１１を介して差動排気を行う。なお、図１において、１６及び１７は、Ｘ−Ｙステージ上に配置された、ウエハを保持するための真空チャック及びウエハ１５と同じ高さの補助板である。補助板１７は、ウエハ１５が端の方へ動いている場合であっても、排気溝１２からの差動排気を可能にしている。中性のガスは、これらの差動排気により確実に排気できる。本発明ではこのように数段で排気を行っているため一段当たりの排気量と圧力比を小さくでき、排気ポンプへの負担を小さくすることができる。
【００１２】
一方、中性ガスと電子線との衝突により生じた正イオンは、電子線の通路に集まり、カソード方向に加速されるので、有効には排気されない。正イオンの排気が不十分である場合、カソード到達して穴を開ける。本発明においては、上記したようにカソード自体に小孔３を設けており、そして、カソードの後方（照射方向と逆方向）にイオンコレクタ１８を設け、該イオンコレクタ１８に正電圧を印加するようにしている。これにより、イオン衝撃による発熱も少なくできる。
【００１３】
偏向コイル１０から照射スリット１３の出口（ウエハ側）までの長さは、９０°偏向の場合１５ｃｍ程度であり、１２０°偏向の場合７．５ｃｍ程度となるので、細い電子線は真空中では空間電荷効果のために広がってしまう。本発明の電子線装置においては、正イオンが生成されているので、正イオンの電荷と電子線の負の電荷とが中和し合うので、空間電荷効果を低減することができ、照射スリット１３の幅を１ｍｍとしても、ほぼ１００％の電子線を通過させることができる。
出口に薄膜窓を設ける場合は、幅の狭い膜でよいので、チタン薄膜の厚みを１０μｍ程度に薄くすることができ、薄膜窓による損失を小さくすることができる。ただし、この場合、正イオンによる中和効果が生じないので、照射スリットの幅を３ｍｍ程度に大きくして、空間電荷効果によるビーム太りが生じても、電子線を問題なく通過できるようにする必要がある。
【００１４】
次に、本発明の半導体デバイス製造方法について説明する。
半導体デバイス製造方法は、図３に示すように、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ製造工程Ｓ１、ウエハに必要な加工処理を行うウエハ・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、ウエハ上に形成されたチップを１個づつに切り出し、動作可能にするチップ組立工程Ｓ４、及び完成したチップを検査するチップ検査工程Ｓ５によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
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、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２である。この工程において、設計された回路パターンをウエハ上に形成し、かつ、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。
【００１５】
このように半導体デバイスの製造に影響を及ぼすウエハ・プロセッシング工程Ｓ２において加工されたウエハの加工状態を評価することが重要である。該ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２は、以下のサブ工程を含んでいる。
１．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やスパッタリングを用いる）
２．この薄膜層やウエハ基板を酸化する酸化工程
３．薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するためのマスク（レクチル）を用いてレジスト・パターンを形成するリソグラフィ工程
４．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（例えば、ドライ・エッチング技術を用いる）
５．イオン・不純物注入拡散工程
６．レジスト剥離工程
７．加工されたウエハを検査するウエハ検査工程。
なお、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２のサブ工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、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エハが形成される。
【００１６】
図４は、図３のウエハ・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４に示したように、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を含んでいる。
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エ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。
【００１７】
このような半導体デバイス製造方法において、本発明に係る電子線装置を用い、ウエハ・プロセッシング工程Ｓ２中の検査工程及びチップ検査工程Ｓ５において、加工中及び加工後のウエハの評価・検査が行われる。また、ウエハ・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中において、図４に示したように、レジストを塗布してアニールを行うが、このアニール工程Ｓ２４において、本発明に係る電子線装置を用いてウエハに電子線を照射することにより、アニールを行うことができる。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているので、以下のような作用効果を奏することができる。
大きいカソードからの電子線を細く絞るので、カソード電流密度を小さくすることができ、よってカソードの寿命を長くすることができる。
偏向コイルのコイルを巻く内径は、ＣＲＴに比べて小さくできるので、コイル抵抗を小さくすることができ、小電力で駆動することができる。
差動排気の段数を多くすることができるので、排気ポンプへの負担を小さくすることができる。
薄膜窓がないので、有効に照射を行うことが出来る。
偏向角を大きく取ることができるため、１２インチのウエハや１６インチのウエハのＸ方向を一走査で照射でき、スループットを大きくすることができる。また、照射のつなぎがないので、全面に一様な強度で照射ができる。
イオンボンバードがあっても、カソーに障害を与えないので、電子銃を長寿命化できる。
正イオンで空間電荷効果を低減することができるので、低エネルギで高電流の電子線照射が可能となる。
平面カソードとして、ＬａＢ6や含浸型のカソードを用いるため、カソード温度を低くでき、又断面積が大きいため電流密度が小さくできる。
薄膜窓を設ける場合であっても、電子線を薄膜窓の長手方向に走査するため、窓の温度を上昇させない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る電子線装置の断面図である。
【図２】図１に示した電子線装置において使用される照射スリットと排気溝との関係を示す断面図である。
【図３】半導体デバイスの製造方法の一例を示すフローチャートである。
【図４】図３に示したウェーハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１  平面カソード      ２  ウェーネルト電極      ３  小孔
４  カーボンヒータ      ５  支持金具      ６  アノード
７  排気管      ８  電子銃室      ９  排気管      １０  偏向コイル
１１  排気管      １２  排気溝      １３  照射スリット
１４  排気溝      １５  ウエハ      １６  真空チャック
１７  補助板      １８  イオンコレクタ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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