(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベースプレートの上に下部非絶縁領域を設ける工程と、
前記下部非絶縁領域の上に絶縁層を設ける工程と、
前記絶縁層の上に、複数の制御電極を、互いに離間して、設ける工程と、
前記制御電極の上および前記複数の制御電極の間の前記絶縁層の上に、ゲート層を設ける工程と、
前記ゲート層の上に、トラック層を設ける工程と、
荷電粒子を、前記トラック層に照射することによって、少なくとも前記トラック層を貫通する複数のトラックを形成する工程と、
前記複数のトラックが形成された前記トラック層をエッチング剤に接触させることで、前記トラック層に、前記複数のトラックに沿い、前記ゲート層を露出する複数のトラック孔を形成する工程と、
前記トラック層をエッチングマスクとして用いて前記複数のトラック孔に露出した前記ゲート層の一部をエッチングすることで、前記ゲート層を貫通し前記絶縁層に至る複数のゲート開口を形成する工程と、
前記ゲート層に前記複数のゲート開口を形成した後に、前記トラック層を取り除く工程と、
前記複数のゲート開口に露出した前記絶縁層の一部をエッチングして、前記絶縁層を貫通し、前記下部非絶縁領域に至る複数の誘電開口を形成する工程と、
前記複数の誘電開口に、電子放出要素を形成する工程と、
を含むフィールドエミッタの製造方法であって、
前記複数のゲート開口の形成を行っている途中または前記複数のゲート開口の形成を行った後であって前記複数の誘電開口を形成する前に、前記複数のゲート開口の平均直径を測定する測定工程を有しており、
前記測定工程は、
前記複数のゲート開口の形成を行っている途中のゲート層、または、前記複数のゲート開口の形成を行った後のゲート層を、白色光を放出する光放出要素とＣＣＤカメラとの間に設け、前記光放出要素から前記複数のゲート開口に向けて前記白色光を放出し、放出された前記白色光のうち前記複数のゲート開口を通過した光を前記ＣＣＤカメラで収集することで、前記複数のゲート開口を通過した前記光の強度を表すデータを得るステップと、
前記データに基づいて前記複数のゲート開口の平均直径を算出するステップとを含んでおり、
前記制御電極と前記ゲート層は、前記白色光に対して不透過性であり、前記ベースプレートと前記下部非絶縁領域と前記絶縁層と前記トラック層は、前記白色光に対して透過性である、
ことを特徴とするフィールドエミッタの製造方法。
【請求項２】
前記測定工程が前記ゲート開口の形成を行っている途中に行われる工程であって、
算出された前記平均直径が、前記ゲート開口の平均直径の目標値よりも小さい値である、所定値に達した時に前記ゲート開口の形成を終了することを特徴とする請求項１に記載のフィールドエミッタの製造方法。
【請求項３】
前記ゲート開口は、その平均直径が０．０２μｍから０．４μｍの範囲に形成されることを特徴とする請求項１または２に記載のフィールドエミッタの製造方法。
【請求項４】
前記複数のトラックは、前記トラック層にランダムに分散されて形成されるものであって、１ｃｍ２あたり１０６〜１０９個の面密度で前記トラック層に形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のフィールドエミッタの製造方法。
【請求項５】
前記面密度と前記データとを用いて、前記複数のゲート開口の平均直径が算出されることを特徴とする請求項４に記載のフィールドエミッタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
技術分野
本発明は、フラットパネル陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイにおける物体の特性、特に比較的小さな構造についての寸法の情報の決定に光を用いることに関する。
【０００２】
背景
フラットパネルＣＲＴディスプレイは、電子放出装置とその電子放出装置の対向側に位置する発光装置とから形成されるのが一般的である。ゲート電界放出型（電界放出ディスプレイ）のフラットパネルＣＲＴディスプレイでは、電子放出装置が、ベースプレートと、ベースプレートの内側の表面に延在する下側のエミッタ電極と、そのエミッタ電極の上に延在する誘電体層と、誘電体層上に延在する上側の制御電極（またはゲート電極）とを含む。電子放出要素が誘電体層に形成された開口内に位置しており、制御電極に形成された開口を介して露出している。
【０００３】
電界放出ディスプレイ（ＦＥＤ）の発光装置は、透明なフェースプレートと、そのフェースプレートの内側の表面に延在するアノードと、そのフェースプレートの内側の表面に延在する発光領域のアレイとを含む。ＦＥＤの動作中、選択された電子放出要素から電子が放出され、アノードによって発光装置に引寄せられる。電子が発光装置に到達すると対応する発光領域に衝当するため、それらの発光領域が光を放出し、フェースプレートの外側の表面にイメージが生成される。
【０００４】
フラットパネルディスプレイが適正に作動して明瞭なイメージが生成されるようにするためには、ディスプレイの所定の部分の寸法を注意して制御する必要がある。これらの寸法を制御するためには、通常はこれらの値を測定することが必要である。大抵の場合、寸法を有するディスプレイの部分が形成されている時に寸法を測定するのが好ましい。
【０００５】
場合によっては、注意して測定する必要がある寸法が極めて小さい。例えば、ＦＥＤにおいて、電子放出要素を含む開口の直径は、通常は約０．１μｍである。直径の値が小さいため、従来、走査型電子顕微鏡または原子力顕微鏡などの高性能の装置を用いて開口の直径が測定されてきた。測定チップなどの摩耗部品の取り替えを含む測定に用いる装置の設定、並びに収集した情報の分析には比較的時間がかかるのが普通である。開口が形成されている時にこのような装置で測定することは困難である。
【０００６】
更に、走査型電子顕微鏡及び原子力顕微鏡のそれぞれは、試料を収容するチャンバーの容積が比較的小さい。従って、測定するためには、チャンバー内に十分に入るように良好な試料を小さく分割しなければならないのが普通である。フラットパネルディスプレイの部品などの物体に形成されている小さな開口の直径などの小さな寸法を測定するためには、単純で侵入的でない分析技術が好ましい。測定が必要な寸法を有する構造の製造中に測定が行えるような分析技術及び装置が理想的である。
【０００７】
本発明の概要の開示
本発明は、フラットパネルディスプレイの部分的に或いは完全に形成された構成部品などの物体の所定の特性の決定において、散乱光および/または透過光を用いる幾つかの分析技術及び装置を提供する。この特性には、物体の開口の平均直径が含まれる。
【０００８】
この開口は極めて小さい可能性がある。一般に、平均開口直径は、開口直径の決定すなわち測定に用いられる散乱光および/または透過光の波長より短い。通常、散乱光および/または透過光には可視光が含まれる。可視光の波長は約０．４μｍから約０．７μｍの範囲であるため、本発明の光散乱技術または光透過技術は０．４μｍ未満の直径の開口の測定に適用することができる。約０．１μｍ或いはそれ以下の平均開口直径は本発明に従って容易に測定できる。また、開口が形成されている時にも直径の測定を行うことができる。従って本発明の分析技術及び装置は極めて有益である。
【０００９】
より具体的には、本発明の一実施態様に従えば、物体の開口内に到達した時に散乱する光が集められて、その散乱光の強度を表す光収集信号が生成される。散乱光には、物体の開口内に入射する時に回折される光が含まれる。散乱光は１或いは複数の波長に集中するか、或いはある波長帯に分布し得る。いずれの場合も、光収集信号を生成するために用いられる散乱光の波長は、主要な波長の値に等しいか或いはそれより大きい。開口の平均直径は、主要な波長の値より小さく、好ましくは主要な波長の値の半分未満である。従って、光収集信号を生成するために用いられる散乱光は、平均開口直径に等しい或いはそれより大きい波長である。散乱光に対する光収集信号は、開口についての寸法の情報を決定するために評価される。寸法の情報には、平均開口直径が含まれるのが普通である。
【００１０】
本発明の別の実施態様に従えば、物体の開口内を透過する光が集められて、透過した光の強度を表す光収集信号が生成される。光収集信号を生成するために用いられる透過光は、本発明の第１の実施態様に用いられた散乱光と同じ開口に対する波長特性を有する。従って、光収集信号を生成するために用いられる透過光の波長は、開口の平均直径に等しい或いはそれより大きい。透過光に対する光収集信号は、開口についての寸法の情報を決定するために評価される。繰り返しになるが、寸法の情報には通常、平均開口直径が含まれる。
【００１１】
本発明の最初に述べた実施態様では、光収集信号を生成するために用いるには小さすぎる波長の追加の光は通常、開口内に入射する時に散乱される。同様に、光収集信号の生成に用いるには小さすぎる波長の追加の光は通常、本発明の第２の実施態様の開口を透過する。単純にするために、追加の（使用しない）散乱光および透過光については、この発明の概要の開示ではこれ以上述べないことにする。
【００１２】
本発明の光散乱技術または光透過技術を実現するための分析装置は、発光構造と、光収集構造と、プロセッサとを含む。発光構造によって、開口を通過する光および/または開口内に入射する時に分散される光が放射される。光収集構造は透過した光や散乱した光を集めて光収集信号を供給する。プロセッサは光収集信号を評価して、目的の寸法の情報を決定する。
【００１３】
本発明の原理は、開口平均直径以外の寸法の情報を決定する様々な方法に敵よすることができる。例えば、開口が物体のある層を貫通している場合、平均開口直径に対する上記した波長特性を有する散乱光及び透過光の両方を集めて、散乱光及び透過光の強度をそれぞれ表す光収集信号を生成することができる。光収集信号は、層の平均厚さを決定するべく通常は比較によって評価される。層の平均厚さを決定するための分析装置は、発光構造と、光収集構造と、得られる寸法の情報が層の平均厚さであることを除いて上記した方法と概ね同様に操作可能なプロセッサとを含む。
【００１４】
本発明の更なる実施態様に従えば、光が、概ね平行な第１のラインのグループと第１のラインと交差する概ね平行な第２のラインのグループとを有するフラットパネルディスプレイの一部などの物体に向けられる。光が第１のラインで回折され、第１のラインの回折パターン特性が生成される。同様に、光が第２のラインで回折され、第２のラインの回折パターン特性が生成される。回折パターンは、ラインの特定の特性を決定するべく分析される。一例では、欠陥などの異常が一方或いは両方のラインのグループで起こった場合、異常があるそれぞれのラインのグループを回折パターンの比較によって決定することができる。
【００１５】
物体の特性を決定するための本発明の技術及び装置は極めて単純である。装置を設定するのに殆ど時間がかからない。本発明の装置は、通常は必要なデータの分析を自動的に行う。本発明の分析技術は侵害的ではない。良好な試料、特に試料がフラットパネルディスプレイの構成部品である場合、試料の特性を決定するために、複数の小片に分割したりその他の方法で試料に損傷を与えたりする必要はなく、本発明に従ってその特性を決定することが可能である。試料に損傷を与えずに、試料の全体に渡る特性を決定することができる。
【００１６】
本発明に従って分析される構造が製造されている最中に、本発明の分析技術を実行することが可能である。一般に、本発明の分析装置によって達成される測定精度は電子顕微鏡の精度より高い。従って、本発明は従来技術に対する大きな進歩である。
【好適な実施例の説明】
概念
本発明では、フラットパネルCRTディスプレイなどの製品の製造を容易にするために、種々の光学ベース測定技術を利用する。本発明の補助で製造されるフラットパネルCRTディスプレイにおいて、電子放出は通常、電界放出原理に基づいて発生する。そのような電界放出ディスプレイは、パーソナルコンピュータ、ラップトップコンピュータまたはワークステーションなどのフラットパネルビデオモニター、またはフラットパネルテレビとして供することができる。
【００１７】
以下の説明において、「電気絶縁体」（「誘電体」）の語は、通常1012 オーム-cmより大きい固有抵抗を有する物質に適用する。従って、「電気非絶縁体」の語は、1012 オーム-cmに等しいか或いはこれより小さい固有抵抗を有する物質を指す。電気非絶縁物質は、（ａ）固有抵抗が１オーム-cmより小さい電気伝導性物質と、（ｂ）固有抵抗が１オーム-cmから1012 オーム-cmの範囲にある電気抵抗物質とに区分される。同様に、「電気非伝導体」の語は、少なくとも１オーム-cmの固有抵抗を有する物質を指し、電気抵抗物質及び電気絶縁体を含む。この区分は、１０V／μmに過ぎない電界において決定される。
【００１８】
「波長」の語は、波長（または周波数）範囲に関連して本明細書中で時として単一の意味で用いる。そのように用いる場合、「波長」は、波長範囲における光など、放射能の波の波長を意味する。また、「波長」は、真空中の波長またはそれとほぼ近い空気中の波長である。
【００１９】
ボディは、物質の層などであり、ボディに入射する光のかなりの割合をボディが透過させるのであれば、本明細書中ではボディを「透過体」と呼ぶ。具体的には、「透過性」ボディは通常、入射可視光の少なくとも１０％、好適には９０％を透過する。ボディはまた、UVまたは／及びIR波長様式の１つ以上の部分で、入射紫外（「UV」）光または／及び赤外（「IR」）光の少なくとも１０％、好適には９０％を透過し得る。ボディが以下に説明するフラットパネルCRTディスプレイの電子放出または発光装置である場合に、波長が或る値、例えば３〜５μm以上であれば、IRの透過は通常カットオフされる。ITO（indium tin oxide）のような物質を用いて、透過性電極またはその他の透過性電気非絶縁要素を具体化することができる。
【００２０】
電界放出ディスプレイの構造及び製作
以下、図面及び好適な実施例の説明に用いられている同一の参照符号は、同一或いは酷似した要素を示す。
【００２１】
図１は、通常本発明に基づき製造された電界放出ディスプレイ（「FED」）を示す。図１及び図２のFEDの主な構成部品は、電界放出電子放出装置（即ちフィールドエミッタ）１０、発光装置１２、環状外壁１４及び通常平行なスペーサウォール１６のグループである。フィールドエミッタ１０及び発光装置１２は、外壁１４を介して結合されており、通常10-5torr以下の高い真空に維持される密封格納装置１８を形成している。格納装置１８内の装置１０と１２の間にスペーサウォール１６を配置する。
【００２２】
フィールドエミッタ１０は、通常フラットな電気絶縁ベースプレート２０及び、ベースプレート２０の内面上に設けられたパターン層２２のグループを有する。発光装置１２は、通常フラットな透過性フェースプレート２４及び、フェースプレート２４の内面上に設けられたパターン層２６のグループを有する。ベースプレート２０及びフェースプレート２４は、概ね相互に平行に延在する。
【００２３】
フィールドエミッタ１０のパターン層２２は、個々に電子を放出し、スペーサウォール１６間の開放領域を通過するような１組の電界放出電子放出要素（図１に図示せず）の２次元アレイを含む。通常、おのおの異なる組の電子放出要素から放射された電子を制御し（焦点を合わせ）、発光装置１２のパターン層２６に提供された光放出要素（同じく図１に図示せず）の２次元アレイにおいて対応光放出要素で停止するような軌道を描くようにする。衝当電子が衝当すると、光放出要素は光を発してフェースプレート２４の外面（表示面）にイメージを作り出す。
【００２４】
図２ａ〜２ｆ（集合的に「図２」）には、FEDの製造を容易にするために本発明の１若しくは複数の分析技術を用いたプロセスに従って、図１のFEDのフィールドエミッタ１０を製作する方法を示す。図２のプロセスの開始点は、ベースプレート２０である。図２ａを参照されたい。ベースプレート２０は、通常透過性である。
【００２５】
ベースプレート２０上に下部電気非絶縁領域３０を設ける。下部非絶縁領域３０には、電気伝導性エミッタ電極パターン層及びその上に設けられた電気抵抗層（共に図２中に図示せず）を含む。エミッタ電極層は、横方向に離隔した通常平行なエミッタ電極のグループで構成される。本発明の任意の分析技術が、ベースプレート２０の底面の下からフィールドエミッタ１０に衝当する光を利用するものである限りにおいては、エミッタ電極は、透過性であるか、或いは不透過性であれば光の通過が必要な位置で側面に光を通過させるように構成されているかのいずれかである。抵抗層は通常、少なくとも入射可視光の３０％、通常は６０〜８０％を透過するような部分的透過体である。
【００２６】
電気絶縁層３２は、下部非絶縁領域３０上に設ける。絶縁層３２は、内部電極誘電として作用するものであり、通常透過性であるが不透過性でもよい。層３２は、透過性であれば通常は酸化ケイ素が含まれている。
【００２７】
横方向に離隔した通常平行な主制御電極３４のグループを絶縁層３２上に設ける。２組の制御電極３４を図２ａに示す。電極３４は通常不透過性であるが、透過性でもよい。横方向に離隔した１組の制御アパーチャー３６は、各電極３４を貫通して下方に絶縁層３２まで延在している。各電極３４の制御アパーチャー３６をそれぞれ下部非絶縁領域３０のエミッタ電極上に設ける。各制御電極３４に対する１つの制御アパーチャー３６を図２に示す。
【００２８】
制御電極３４上に電気的に絶縁されていないゲート層３８を設ける。ゲート層３８は、制御電極３４より相当に薄く、制御アパーチャー３６内で絶縁層３２の上まで延在している。図２に例示したプロセスでは、図２ａの段階でゲート層３８はブランケット層である。従って、層３８もアパーチャー３６間の空間において層３２の上まで延在している。或いは、図２ａの段階で、制御電極３４に接触する横方向に離隔した部分にゲート層３８をパターン形成することができる。ゲート層３８は通常、0.02〜0.08μm、通常は0.04μmの厚さを有する金属（クロムなど）を含む。従って、層３８は通常不透過性である。しかし、層３８を透過性のものにしてもよい。
【００２９】
トラック（またはトラック記録）層４０が構造の最上部に提供される。トラック層４０は通常透過性であるが、透過性のものにしてもよい。層４０が透過性であれば、層４２は通常、厚さ0.1〜２μm、通常は0.5μmのポリカーボネートを含む。
【００３０】
図２ａの構造は、主としてベースプレート２０の下面に垂直な方向でトラック層４０の最上部に衝当するようなアルゴンイオンなどの高エネルギー荷電粒子４２にさらされる。荷電粒子４２は、図２ｂに示すように、層４０に沿ったランダムな位置で層４０を貫通して直線のトラック４４を形成する十分なエネルギーを有する。荷電粒子トラック４４は通常、制御電極３４に覆われていない位置において、ゲート層３８及び絶縁層３２を貫通して延在する。
【００３１】
荷電粒子トラック４４は、損傷物質の帯域を構成する。各トラック４４は、最小径４nm前後の高度に損傷したコアを有する。トラック４４は、トラック層４０に沿ってランダムに分散されるが、十分に画定された平均間隔を有する。トラック面密度は、一般に106〜109トラック/cm2の範囲にあり、通常は109トラック/cm2である。図で説明するために、トラック４４の小部分のみを図２ｂに示す。
【００３２】
層４０の非損傷物質よりも遥かに多く損傷物質を荷電粒子トラック４４に沿って攻撃するような適切な化学エッチング剤にトラック層４０を接触させる。それによってトラック４４の位置で層４０によりトラック孔４６が形成される。図２ｃを見ると、アイテム４０Ａは層４０の残りの部分である。通常は、トラック４４沿いの非損傷物質の一部が取り除かれる。エッチング剤もまた、通常、層４０の上面に沿ってトラック物質を攻撃し、厚さを減少させる。簡単にするため、この厚さの減少については図２ｃに示していない。トラック層４０Ａの範囲を越えて延在するトラック４４の部分はここでは有益な機能を供しないので、図中で更に詳細な説明はしない。
【００３３】
トラック孔４６は通常、ベースプレート２０の下面に垂直とみなされる円形形状である。孔４６の平均直径は、４nmから0.4μmまたはそれ以上まで可変である。平均孔径は、好適には0.02〜0.2μm、通常は0.1〜0.15μmである。
【００３４】
本発明に基づき、以下に説明する本発明の侵害的でない光ベース分析技術の１つを用いて、トラック孔４６の平均直径を測定する。以下に説明する光散乱分析技術は、通常平均トラック孔径の測定に用いることができる。ある状況下では、以下に説明する光透過分析技術により平均孔径を測定することができる。光透過技術を平均孔径の測定に用いることができるかどうかは、トラック層４０Ａが透過性であるか不透過性であるか、ゲート層３８が透過性であるか不透過性であるか、主制御電極３４が透過性であるか不透過性であるか、絶縁層３２が透過性であるか不透過性であるか、下部非絶縁領域３０のエミッタ電極が透過性であるか不透過性であるかなどの要因次第である。
【００３５】
ここで、ゲート層３８が透過性である場合を考える。トラック層４０Ａ及び主制御電極３４が不透過性であって絶縁層３２及び下部非絶縁領域３０のエミッタ電極が透過性であれば、光透過分析技術を利用して、制御アパーチャー３６の位置に配置されたトラック孔４６の平均直径を測定することができる。トラック層４０Ａ、制御電極３４及びエミッタ電極が不透過性であって絶縁層３２が透過性であれば、光透過技術を用いて、エミッタ電極上でない位置に設けられた孔４６の平均直径を測定することができる。
【００３６】
トラック孔４６の形成が完了した後で、平均孔径の測定を行うことができる。或いは孔４６の形成中に、本発明に基づき平均孔径を測定することができる。孔径測定を利用して、エッチングステップをいつ終了するかを決定することができる。即ち、平均孔径が規定値に到達したらエッチングステップを終了する。
【００３７】
トラック孔４６の面密度は、荷電粒子トラック４４の面密度と同一である。ゆえに、トラック密度がわかれば孔密度もわかる。場合によっては、本発明の光ベース分析技術の１つを用いて孔密度をチェックし、孔密度がわかっていなければ孔密度を決定する。
【００３８】
エッチングマスクとしてトラック層４０Ａを用い、トラック孔４６から露出したゲート層３８の一部を適切なエッチング剤で取り除き、ゲート層３８を貫通して下方に絶縁層３２に至る通常円形の開口５０を形成する。図２ｄは、アイテム３８Ａがゲート層３８の残りの部分である結果として生ずるような構造を示す。エッチングは、実質上異方性即ち一方向性であり得るか、或いは異方性構成部品を有し得る。エッチングが異方性構成部品を有する場合には、各ゲート開口４８は孔４６よりかなり幅広であり得る。この状態の例を図２ｄに示す。ゲート開口４８は、0.02μmから0.4μmまたはそれ以上まで可変である平均直径を有する。平均ゲート開口直径は、好適には0.05〜0.2μm、通常は0.1〜0.15μmである。
【００３９】
ゲート開口４８の平均直径は、通常本発明の光ベース分析技術の１つに基づき測定する。平均ゲート開口直径を測定する光ベース技術の選択は、トラック層４０Ａが透過性であるか不透過性であるか或いは取り除かれているか、ゲート層３８が透過性であるか不透過性であるか、主制御電極３４が透過性であるか不透過性であるか、絶縁層３２が透過性であるか不透過性であるか、下部非絶縁領域３０のエミッタ電極が透過性であるか不透過性であるかなどの要因に依存する。トラック層４０Ａが透過性であるか或いは取り除かれている場合には、大多数の状況で光散乱技術を用いて平均ゲート開口直径を測定することができる。層４０Ａが存在するならば、光散乱技術を利用する際に孔４６を考慮しなければならない。
【００４０】
次に、ゲート層３８及び主制御電極３４が不透過性である場合を考える。絶縁層３２及び下部非絶縁領域３０のエミッタ電極が透過性であり、トラック層４０Ａが透過性であるか或いは取り除かれている場合には、光透過技術を用いて、制御アパーチャー３６の位置に設けられたゲート開口４８の平均直径を測定することができる。エミッタ電極が不透過性、絶縁層３２が透過性であって、トラック層４０Ａが透過性であるか或いは取り除かれている場合には、光透過技術を用いて、エミッタ電極上でない位置に設けられたゲート開口４８の平均直径を測定することができる。
【００４１】
ゲート開口４８の形成完了後または形成中に、平均ゲート開口直径を測定することができる。後者の場合、平均ゲート開口直径が規定値に到達したら、ゲート層３８のエッチングを終了できる。ゲートエッチング作業の時間を終了させるためには、規定ゲート開口直径値を、平均ゲート開口直径に対する最終目標値より幾分小さい値とし得る。
【００４２】
更に、以下に説明する複合光散乱／光透過技術を用いて、本発明に基づきゲート層３８Ａの平均厚さを決定することができる。主制御電極３４が不透過性、絶縁層３２及び下部非絶縁領域３０のエミッタ電極が透過性であって、トラック層４０Ａが透過性であるか或いは取り除かれている場合には、ゲート層３８Ａが制御電極３４上にない位置で平均ゲート層厚さを測定することができる。制御電極３４及びエミッタ電極が不透過性、絶縁層３２が透過性であって、トラック層４０Ａが透過性であるか或いは取り除かれている場合には、層３８Ａが制御電極３４またはエミッタ電極上にない位置でゲート層３８Ａの平均厚さを測定することができる。
【００４３】
ゲート開口４８の面密度は、トラック孔４６の面密度と同一であり、従って荷電粒子トラック４４の面密度と同一である。トラック密度の孔がわかればゲート開口密度もわかる。場合によっては、本発明の光ベース分析技術の１つを用いて、ゲート開口密度をチェックし、或いはゲート開口密度がわかっていなければゲート開口密度を決定する。
【００４４】
ゲート層３８Ａを形成した後、同じ点でトラック層４０Ａを取り除く。図２ｅを参照されたい。マスクとしてゲート層３８Ａを用い、ゲート開口４８から露出した絶縁層３２の一部を適切なエッチング剤で取り除き、絶縁層３２を貫通して下部非絶縁領域３０に至る通常円形の開口５０を形成する。図２ｅにおけるアイテム３２Ａは、絶縁層３２の残りの部分である。誘電開口５０の平均直径は、0.02μmから１μmまたはそれ以上まで可変である。平均誘電開口直径は、好適には0.1〜0.5μm、通常は0.3μmである。
【００４５】
本発明に基づき、光ベース分析技術の１つを用いて誘電開口５０の平均直径を測定する。誘電開口５０の平均直径を測定するための光ベース技術の選択は、トラック層４０Ａが透過性であるか不透過性であるか或いは取り除かれているか、ゲート層３８が透過性であるか不透過性であるか、主制御電極３４が透過性であるか不透過性であるか、絶縁層３２が透過性であるか不透過性であるか、下部非絶縁領域３０のエミッタ電極が透過性であるか不透過性であるかなどの要因に依存する。平均誘電開口直径を決定する際には、ゲート開口５０の存在と、トラック層４０Ａが取り除かれていなければ孔４６とを考慮しなければならない。
【００４６】
主制御電極３４が不透過性であり、トラック層４０Ａが透過性であるか或いは取り除かれている場合を考えてみる。下部非絶縁領域３０のエミッタ電極が不透過性であって絶縁層３２及びゲート層３８Ａが透過性であれば、通常光散乱技術を用いて誘電開口５０の平均直径を決定することができる。ゲート層３８Ａが透過性であってエミッタ電極及び絶縁層３２が不透過性であれば、光散乱技術を用いて平均誘電開口直径を決定することもできる。エミッタ電極及びゲート層３８Ａが透過性で絶縁層３２が不透過性であれば、光透過技術を用いて平均誘電開口直径を測定することができる。
【００４７】
誘電開口５０の面密度は、ゲート開口４８の面密度と同じであり、従ってトラック孔４６の面密度及び荷電粒子トラック４４の面密度と同じである。ゲート開口密度、孔密度またはトラック密度がわかれば誘電開口密度もわかる。
【００４８】
図２ｆに示すように、円錐電子放出要素５２をおのおの誘電開口５０に形成する。各制御開口３６は、電子放出円錐のグループのための外側境界を画定する。通常、円錐５２から放射された電子に焦点を合わせるシステム５４が構造の上部に提供される。焦点開口５６は電子焦点システム５４まで延在し、円錐５２を露出させる。各焦点開口５６は通常、対応する制御開口３６の１つとおおよそ同心円をなし、また該開口３６よりも幅広い。
【００４９】
予め別のゲート部にゲート層３８Ａがパターン形成されていなければ、主制御電極３４に接触する横方向に離隔したゲート部３８Ｂにゲート層３８Ａをパターン形成する。各主制御電極３４及び１若しくは数個の隣接ゲート部３８Ｂは、複合制御電極３４／３８Ｂを形成する。主制御電極３４上に設けられたゲート開口４８は、いかなる機能も発揮せず、図２ｆにも示されていない。電子放出円錐５２、電子焦点システム５４及びゲート部３８Ｂの形成は、種々の配列において行うことができる。構成部品３０、３２Ａ、３４／３８Ｂ、５２及び５４は、フィールドエミッタ１０の層２２を構成する。
【００５０】
通常はゲート開口４８の形成中または形成直後に平均ゲート開口直径及び平均ゲート層厚さの測定を行うが、本発明に基づき、フィールドエミッタ１０の製作以降の段階において平均ゲート開口直径または／及び平均ゲート層厚さの測定を行うことができる。具体的には、少なくとも図２ｆ程度に後の段階で、本発明の技術を利用して平均ゲート開口直径または／及び平均ゲート層厚さを測定することができる。本発明の光ベース技術の１つに基づきゲート開口密度を測定する際に適用する場合も同じである。更に、最終FEDを形成するべくフィールドエミッタ１０及び発光装置１２を外壁１４及びスペーサウォール１６で１つに密封した後で、本発明の光散乱分析技術を用いて平均ゲート開口直径を測定することができる。
【００５１】
図２ｆのフィールドエミッタ１０の電極レイアウトを図３に示す。図３のアイテム３０Ｅは通常、下部非絶縁領域３０のエミッタ電極を表す。５つの複合制御電極３４／３８Ｂを図３に示す。図３に示すように、各主制御開口３６は、エミッタ電極３０Ｅの１つの上に設けられ、電子放出円錐４８のグループに横方向に外接する。また、エミッタ電極３０Ｅは、通常制御電極３４／３８Ｂと垂直に交差する。
【００５２】
寸法の情報、特に平均開口直径を決定するための光透過技術
フィールドエミッタ１０または部分的に終了したバージョンのフィールドエミッタ１０などの物体６０に関する寸法の情報を決定するために、本発明に基づき光透過技術を利用する分析システムを図４に示す。寸法の情報には通常、物体６０の穿孔層６４を介して十分に延在する開口６２の平均直径dAVが含まれる。穿孔層６４は、電気的に絶縁または電気的に非絶縁とし得る。層６４は、追加開口（図示せず）を有し得る。この追加開口からは光が容易に透過せず、或いは、所望の寸法の情報を決定する際に、追加開口からの光の透過を適切に考慮（即ち補償）する。図４では層６４を平らで比較的均一厚さのものとして示しているが、層６４は著しく曲がったものや厚さが相当変化したものであってもよい。
【００５３】
物体６０は通常、層６４を挟持する１対のボディ６６及び６８を有するものとして図４に示されている。ボディ６８または／及びボディ６８の一部は、開口６２を占有し得る。また、ボディ６６及び６８の一部は、追加開口（図示せず）により層６４を介して様々に相互に混合し得る。更に、ボディ６６及び６８のいずれか一方または両方が欠けていてもよい。
【００５４】
開口６２は通常、ゲート開口４８として設けられる。この場合、ゲート開口直径を測定する段階によって、穿孔層６４はゲート層３８Ａまたは３８Ｂである。ボディ６６及び６８の一方は、ベースプレート２０、下部非絶縁領域３０、絶縁層３２または３２Ａ、主制御電極３４及びおそらくは電子焦点システム５４を有する。ボディ６６及び６８の他方は、トラック層３８Ａであるか、或いはゲート開口直径測定の段階で層３８Ａが取り除かれていれば存在しない。焦点システム５４もまた、このボディ６６及び６８の一方の一部とみなし得る。トラック孔４６または誘電開口５０として開口６２が設けられる際にも同様の類推が発生する。
【００５５】
図４の光透過ベース分析システムは、発光構造及び集光構造を有する。発光構造は、１次光放出要素７０を有し、例えば白熱ランプ、水銀ランプ、ハロゲンランプ、発光ダイオード、レーザまたは、このようなランプ、ダイオードまたは／及びレーザの集まりなどを有する。集光構造は、通常は電荷結合要素（「CCD」）型であるカメラなどの１次光収集要素７２を含む。光放出要素７０及び光収集要素７２を、開口６２の少なくとも一部、通常は開口６２の大部分を介して実質上一直線になるように、物体６０の反対の側面上に配置する。光収集要素７２は通常固定式のものであるが、物体６０に関連して可動するものであってもよい。分析システムには、通常は分析システムの残りの部分から相当に距離を置いて配置されるデータプロセッサ７４もある。当然のことながら、プロセッサ７４が要素７０及び７２の動作に干渉しない限り、データプロセッサ７４を分析システムの残りの部分に物理的に近接して配置し得る。
【００５６】
図４の分析システムは、以下のように作動する。要素７０、７２及び物体６０を非常に暗い部屋に設置する。光放出要素７０は、（ボディ６８があれば）ボディ６８を通過して層６４に衝当する光を発する。図４のアイテム７６は、光放出要素７０の特性及び開口６２の平均直径ｄＡＶによって放射された衝当光の一部または全部を表す。特に、放射された光７６は、主要な波長の値λｐに等しいか或いは主要な波長の値λｐより大きい波長の光を含む。
【００５７】
光放出要素７０は（連続）波長帯を全域で光を発し得る。帯のローエンドの光の波長が主要な波長の値λpである場合は、放射された光７６には帯内の全ての光が含まれる。通常そうであるように、値λpが帯のローエンド及びハイエンドにおいて波長間に位置している場合には、光７６は、λpに等しいか或いはλpより大きい波長を有する帯によって形成される。この場合、λpより小さい波長の追加光は、要素７０から放射された後、ボディ６８を通過して層６４に衝当する。
おそらくは、同じ点においてフィルタリングその他によって事実上取り除かれるのでない限り、追加低波長光は通常図４の分析システムでは利用しない。
【００５８】
光７６は通常、白色光をなす可視光を含む。即ち、光７６の強度は、白色光に適した方法で可視光帯（スペクトル）を横断する波長によって変化する。白色光の場合には、値は、可視スペクトルのローエンドで0.4μm波長値にほぼ等しいか或いはそれより小さい。
【００５９】
或いは、光放出要素７０は、１もしくは数個の通常異なる波長に集中した光を発し得る。放射光７６はこのとき、主として主要な波長の値λｐに等しいか或いはそれより大きいおのおの異なる波長の光から構成される。繰り返すが、光７６は通常可視光である。例えば、光７６は、可視スペクトルのローエンドに近い波長では青色光に、可視スペクトルのハイエンドに近い波長では赤色光となり得る。
【００６０】
光放出要素７０は、主要な波長の値λｐより小さい波長の光を実質上減衰する光フィルターを有し得る。その場合には、要素７０は通常、物体６０に向けてλｐより大きい波長及びλｐよりより小さい波長の両方の光を発する光源を含む。λｐより小さい波長の光を取り除くために、光源と物体６０との間にフィルターを配置する。フィルターを通過する光は、放射光７６を構成する。
【００６１】
開口６２の平均直径ｄＡＶは、通常主要な波長の値λｐより小さい。即ち、平均開口直径ｄＡＶは、放射光７６を構成する光波より小さい波長である。径ｄＡＶの固有値は（以前にｄＡＶが測定されていなければ）通常本発明の測定作業前にはわかっていないが、光７６をなす光波の波長より常に径ｄＡＶが小さくなるように開口６２の特性を制御する。
【００６２】
好適には、開口直径ｄＡＶはλｐ／２より小さい。径ｄＡＶは多くの場合λｐ／４より小さい。別の言い方をすれば、主要な波長の値λｐは通常、径ｄＡＶより大きく、好適には２倍以上、多くの場合に４倍以上である。
【００６３】
主要な波長の値λｐには、固有値を割り当てることができる。例えば値λｐは、可視スペクトルの下端での波長である約0.4μmとなり得る。この場合、開口直径ｄＡＶは0.4μmより小さく、好適には0.2μmより小さい。トラック孔４６及びゲート開口４８は通常このケースである。しかしながら、より一般的には、値λｐは単に径ｄＡＶと放射光７６の波長特性との関係の説明を容易にするパラメータである。パラメータλpの固有値は、この関係が存在する限りそれほど重要ではない。即ち径ｄＡＶは好適には光７６を形成する光波の波長の半分より小さく、多くの場合に光波の波長の４分の１より小さい。
【００６４】
図４では、主としてコリメートされているものとして放射光７６を示している。換言すれば、光７６中の光子は主として相互に平行に移動する。しかしながら、光７６は通常幾分かコリメートされていない。一般化するために、図４では光７６を、非垂直に物体６０に衝当するものとして、即ち物体６０の最も近い外面に沿って延在する想像上の平面に非垂直に衝当するものとして示している。物体６０及び要素７０、７２の通常の構造において、光７６と物体６０の間の角度は４５°付近である。光７６が非垂直に物体６０に衝当する際に、層６４の厚さに起因するシャドーイングは、開口６２のエッジに衝突することなく光が開口６２を通過して透過する有効側面積を減少させる。そのような厚さに起因するシャドーイングの効果は、平均開口直径ｄＡＶの決定に際して適切に考慮する。或いは、光７６は主として垂直に物体６０に衝当し得る。
【００６５】
放射光７６の一部は、著しく散乱（または回析）することなく開口６２及び（ボディ６８があれば）ボディ６８を通過する。光収集要素７２は、開口６２から透過するように光７８を集める集光器を有する。この目的のため、ボディ６８は透過性であるか、或いは透過光７８がボディ６８を通過する位置に適切な開口を有するかのいずれかである。透過光７８の波長は放射された光７６の波長と殆ど同一であり、通常は主要な波長の値λｐより大きいか主要な波長の値λｐに等しい。光７８を集める際に、物体６０に対して要素７２をスキャンし得る。光７８は主として通常開口６２を代表する光強度パターンを形成する。
【００６６】
放射光７６の部分８０は、光収集要素７２に集光されないように開口６２を通過して進行する間に著しい散乱を受ける。図４には示されていないが、光７６の他の部分は、種々の理由で要素７２に到達できない。例えば、光７６の一部がボディ６８及び層６４に反射または／及び吸収されるのである。また、開口６２を通過した後でボディ６８に吸収または／及び散乱され得る光７６もある。物体６０に対して要素７２をスキャンする際には、光７６の一部は開口６２から透過するが、要素７２における集光器の側面を通過し、従って要素７２には集光されない。
【００６７】
光収集要素７２は、透過光７８の強度を表す複合信号８２を供給する。要素７２がCCDカメラである時は、複合信号８２は通常、透過光７８によって形成されるイメージに対応するような連続するデータである。
【００６８】
光収集要素７２は、主要な波長の値λpより小さい波長の光を実質上減衰するような光フィルターを有し得る。フィルターは、物体６０と要素７２の集光器の間に設ける。或いは、要素７２は、実質上λｐより大きい波長の透過光７８にのみ反応し得る。そのような場合、複合信号８２はλｐより小さい波長の光から発生する信号構成部品を有しない。
【００６９】
データプロセッサ７４は、複合信号８２を評価して物体６０に関する所望の寸法の情報を決定する。上記したように、寸法の情報には通常開口６２の平均直径ｄＡＶが含まれる。寸法の情報は、複合信号８２に応じてプロセッサ７４により生成される出力信号８４の状で提供される。場合によっては、複合信号８２は、主要な波長の値λｐより小さい波長の透過光から発生する信号構成部品を含み得る。そうであれば、出力信号８４を生成する際に、プロセッサ７４は通常、複合信号８２においてそのような構成部品の効果を減じ、或いは補償するなどして排除する。
【００７０】
光収集要素７２がカメラである時のデータプロセッサ７４の基本構造を図５に示す。図５の実施例では、プロセッサ７４は、フレームグラッバ９０、イメージコレクタ９２及びデータ計算器９４を有する。フレームグラッバ９０は、複合信号８２を、イメージを表すデジタルフレーム信号９６に変換する。イメージコレクタ９２は、フレーム信号９６で作動し、複合信号８２の既知のエラーを補償するような修正デジタルフレーム信号９８を発生させる。このようなエラーは、例えば（ボディ６８があれば）ボディ６８を通過する際の透過光７８の減衰に起因して発生し得る。最終的には、データ計算器９４は修正フレーム信号９８を計算してプロセッサ出力信号８４を発生させる。
【００７１】
図４の分析システム、特にデータプロセッサ７４がどのように作動し、所望の寸法の情報として出力信号８４を生成するのかについては、図６のグラフを参照することにより理解が容易になる。図６の横軸は、実質上波長λの透過光７８に対する開口６２の平均直径dAVと波長λの比を表す。開口直径と波長の比dAV／λは、複合信号８２のエラーに対して補償がなされるという事実を反映するため、図６の「修正」の語によって特徴付けられる。
【００７２】
図６の縦軸は、透過光７８に対する正規化強度ファクターIT／ITOを表す。パラメータITは、透過光７８の実際の平均強度である。パラメータITOは、波長λが０に近づく（しかし０にはならない）につれて、幾何学光学の短波長限界で透過光７８が有しているであろう平均強度である。強度ITまたはITOで表される光強度は、単位面積当たりのパラメータである。例えば、光強度を１平方メートル当たりのワット数で与えることができる。
【００７３】
物体６０に衝当する放射された光７６の平均強度をIEと表すことにする。開口６２が相互にそれほどオーバーラップしないような場合には、短波長限界透過光強度ITOは、αTFGTNOPAOPIEにほぼ等しい。ここで、αTは、開口６２から物体６０を介して透過する光の無次元透過率ファクターであり、FGTは、開口６２のエッジに衝突することなく光が開口６２を通過して透過する有効面積を減少させる厚さに起因するシャドーイングを説明するような無次元幾何学ファクターである。NOPは開口６２の面密度、即ち光７６が物体６０に衝当する単位面積当たりの開口６２の数であり、AOPは開口６２が占める平均側面積である。
【００７４】
透過率ファクターαTは、ボディ６６及び６８の光透過特性によって０から１の間にある。幾何学ファクターFGTは、同様に０から１の間にあるが、放射光７６が主として垂直に物体６０に衝当する場合または／及び層６４の厚さが平均開口直径dAVに比較して小さい場合には１に近くなる。
【００７５】
開口６２に進行する光は常に散乱にさらされる。比dAV／λが１より遥かに大きく事実上無限である短波長限界では、開口６２からの光透過に比べて光散乱は僅かである。それゆえ、短波長限界では、実際に透過する光強度ITはITOに等しい。換言すれば、図６に示すように比dAV／λが１より遥かに大きい場合には、透過光強度ファクターIT／ITOは１である。短波長限界強度ITOは平均開口面積AOPに比例し、平均開口面積AOPは開口直径dAVの２乗に比例するので、比dAV／λが１より遥かに大きい場合には実際の強度ITは径dAVの２乗に比例する。
【００７６】
長波長限界即ち比dAV／λが１より遥かに小さい場合では、開口６２に進行する光の散乱は開口６２からの光透過に比べて顕著である。比dAV／λが１より遥かに小さい場合、実際に透過する光強度ITは開口直径dAVのほぼ６乗に従って変化する。層６４が電気伝導性であるか、電気抵抗性であるか、電気的に絶縁であるかに拘らず、より高べき乗のdAV従属が生じる。図６に示すように、比dAV／λが０に近づくにつれて透過光強度ファクターIT／ITOは０に近づく。
【００７７】
短波長と長波長限界との間を実際に透過する光強度ITは、比dAV／λ（及びその他のパラメータ）の複合関数である。一般的には、強度ITのべき乗への比dAV／λの従属は、比dAV／λが小さくなるにつれて増加する。強度ITに対する短波長限界と長波長限界間の遷移を図６に定性的に示す。
【００７８】
開口６２が相互にそれほどオーバーラップしていなければ、実際に透過する光強度ITは、開口密度NOPにほぼ比例する。開口６２の中心が層６４全体にランダムに分散されていれば、複合平均直径がdAVより大きい開口を形成する開口６２もある。開口６２の中心がランダムに分散されている場合には、オーバーラップの数は開口密度NOPの２乗にほぼ比例する。結果的に、開口６２が著しくオーバーラップする際には、実際の強度ITは線形（lineraly）以上に、即ち１より大きいNOPのべき乗で変化する。
【００７９】
データプロセッサ７４は、通常図６に示す関係に基づき作動し、出力信号８４を計算する。平均開口直径ｄＡＶは主要な波長の値λｐより小さいので、プロセッサ７４は特に比ｄＡＶ／λが１より小さいような曲線の部分に基づき作動する。
【００８０】
プロセッサ７４は、直接図６の曲線を用いて所望の寸法の情報を決定することができる。層６０における開口６２の面密度NOPがプロセッサ７４に提供される。プロセッサ７４は、このデータ及び複合信号８２を用いて寸法の情報８４を計算する。
【００８１】
或いは、平均開口直径dAV、波長及び短波長限界強度ITOまたは、直径dAVがわかっているような物体６０の１若しくは数個の試料に対する強度ITOを表すデータの関数として、実際の透過光強度IT、または強度ITを表すデータを決定することができる。次にこのデータをプロセッサ７４に入力し、較正する。物体６０の或る種のその他の特性、例えば層の厚さなどもプロセッサ７４に供給し、較正を行う。そして再度開口密度NOPをプロセッサ７４に供給する。プロセッサ７４で適切に較正したら、プロセッサ７４は複合信号８２を処理して寸法の情報８４を計算する。
【００８２】
開口密度NOPを入力データとしてプロセッサ７４に供給するよりもむしろ、光が平均開口直径dAVより遥かに小さい波長であるような条件下で、開口６２を透過する光の集光を必然的に伴うような手順によって密度NOPを決定することができる。短波長光と呼ばれるこの光は、通常はUV光である。例えば、短波長光は0.25μm付近の波長のUV光とし得る。水銀ランプは、約0.25μmのUV光を供給し得る。
【００８３】
１次光放出要素７０の特性次第では、要素７０により、または要素７０を含む発光構造の別の光放出要素により、短波長光を供給することができる。同様に、光収集要素７２により、または要素７２を含む集光構造の別の光収集要素により、短波長光を集光することができる。（いかようにも実装された）光収集要素は、短波長光の強度を表す複合信号をデータプロセッサ７４に供給する。
【００８４】
開口密度NOPを決定する手順において、放射された光７６の波長と、従って透過光７８の波長を、比d／λが１より遥かに小さいような長波長限界に近づけるような方法で制御する。この長波長光に対する複合信号８２と、比dAV／λが１より遥かに大きい短波長光に対する対応する複合信号を生成することにより、次の非線形近似方程式が得られる。
【００８５】
【数１】
0004685306.tif 000002
【００８６】
【数２】
0004685306.tif 000003
【００８７】
ここで、A及びBは適切な数学的分析から決定されるか或いは開口密度NOP及び平均開口直径dAVがわかっている物体６０の参照試料を用いて決定される経験的な定数である。指数zは通常１またはそれ以上の正の整数、MAは長波長限界での透過光７８の強度を示す実測値、MBは集光された透過短波長光の強度を示す実測値である。開口６２がそれほどオーバーラップしていなければ、指数zは１である。通常は開口６２の中心のランダムな分散と共に発生するような開口６２のかなりのオーバーラップでは、指数zは通常は１より幾分か大きい。
【００８８】
式（１）及び（２）を解くと、平均開口直径dAV及び開口密度NOPに対して以下の概略値が得られる。
【００８９】
【数３】
0004685306.tif 000004
【００９０】
【数４】
0004685306.tif 000005
【００９１】
プロセッサ７４は通常、式（３）及び（４）から径dAV及び密度NOPを計算するようにプログラムされている。
【００９２】
特に平均開口直径に関連する寸法情報を決定するための光散乱技術
図７及び８は物体６０に関する寸法情報を決定するための、本発明による光散乱技術を用いる一対の解析システムを示すものである。寸法情報はまた、典型的には穿孔層６４中の開口６２の平均直径ｄＡＶを含む。以下に述べる方向の差異を除けば、図７及び８の解析システムは、概ね同一の構造を有し、概ね同一方法で操作される。便宜上、図７及び８の解析システムは次の資料中で共にあわせて考察される。
【００９３】
図７及び８の各々の光散乱ベース解析システムは、各々主要な光放出要素７０及び光収集要素７２と共に形成された光放出構造及び光収集構造を有する。システム作動中、要素７０及び７２、及び物体６０は極めて暗い部屋に配置される。図７若しくは８の解析システムに中の要素７０及び７２は、典型的には図４の光透過ベース解析システムで言及された方法で実行される。
【００９４】
光放出要素７０は、上述の特性を有し、主要な波長の値λＰよりも大きい波長若しくはそれに等しい波長を含む放出光７６を提供する。図７の解析システムに於いて、放出光７６はボディ６６を通過し、層６４に衝当する。図８の解析システムに於いて、光７６はボディ６８を通過し、層６４に衝当する。図７及び８に於いて光７６がボディ６６若しくはボディ６８の何れを通過するのかと言うことは、任意でありまた逆であってもよい。
【００９５】
図７の解析システムは、（ａ）光放出要素７０及び光収集要素７２が物体６０の反対側に配置され、（ｂ）要素７２と要素７０が開口６２を介して直線を為さないように配列される。それ故、光収集要素７２は図７に於いて透過光７８を極少量であっても収集することがない。代わりに要素７２は、開口６２に向かい、また開口６２を介して伝わる散乱を被る光８０の一部分１００を収集する。散乱光１００の収集の際、要素７２は物体６０をスキャンする。また以下に述べるように、放出光７６は、即ち強め合う／弱め合う干渉のパターンである回折パターンが、透過光７８の方向とは異なる方向で物体６０より離れて投影されるように為し得る。図７のシステムに於いて、要素７２はそのような回折パターンを形成する光を受信しないように配置される。
【００９６】
図８の解析システムは、光放出要素７０及び光収集要素７２が物体６０の同一側に配置されるように構成されている。この配置によって、光収集要素７２が放出光７６の経路に存在しない。図８のシステムに於いて放出光７６の一部分１０２が開口６２を通り後ろに散乱され、またボディ６８を通り戻る。図８の要素７２は、拡散光１０２の一部分１０４を収集する。拡散光１０４の収集に於いて、要素７２は物体６０をスキャンする。図７での要素７２の配置方法と同様に、図８に於ける要素７２もまた物体６０に衝当する放出光７６より生じる複数の回折パターンを形成する光を受信しないように配置される。
【００９７】
図７及び図８の解析システムに於いてボディ６０は、通常物体６０上に対して非垂直方向で放出光７６を衝当させるように、要素７０及び７２の間に配置される。図７若しくは８のシステムに於ける典型的な物体６０の配置では、光７６及び物体６０の間の角度は通常約４５度である。
【００９８】
幾つかのケースで、特に光放出要素７０が（連続する）波長バンドに渡って光を放出する場合、主要な波長値λＰよりも小さな波長の追加的な光が要素７０によって放出された後、開口６０に向けて伝わり散乱されてもよい。複数の追加的な散乱光が、光収集要素７２上に衝当してもよい。フィルターを掛けられる若しくは複数のポイントで効果的に取り除かれることは別にすれば、通常追加的な短い波長の散乱光が図７及び８の解析システムに於いて用いられることはない。
【００９９】
図７のシステムに於ける散乱光１００は、一般的に開口６２を表す光強度パターンを形成する。同様に、図８のシステムに於ける散乱光１０４は、一般的に開口６２を表す光強度パターンを形成する。散乱光１００及び１０４は透過光７６と概ね同一波長である。即ち散乱光１００若しくは１０４の波長は、通常、主要な波長の値λＰより大きいか若しくは等しい。その結果として、開口６２の平均直径ｄＡＶは散乱光１００若しくは１０４の波長より小さく、好適にはその半分よりも小さく、しばしばその４分の１よりも小さい。
【０１００】
図７若しくは８のシステムに於ける光収集要素７２は、散乱光１００若しくは１０４の強度を表すコンポジット信号１０６を提供する。図４のシステムに於いて起こることと同様に、コンポジット信号１０６は、要素７２がＣＣＤカメラである時、通常は散乱光１００若しくは１０４によって表されるイメージに対応するデータシーケンスである。イメージの明るさが通常その強度を定め、コンポジット信号１０６に於いて反映される。同様に、図７若しくは８中の要素７２は、概ね主要な値λＰより大きな波長の散乱光１００若しくは１０４に対してのみ反応し得り、λＰよりも短い波長の光を概ね減衰させるようなフィルターを含んでもよい。そのようなケースでは、信号１０６はλＰよりも小さな波長の光より発生する要素を含まない。
【０１０１】
各々図７及び８の解析システムは、所望の寸法に関する情報を決定するためのコンポジット信号１０６を評価するデータプロセッサ１０８を有する。データプロセッサ１０８は、典型的には図７若しくは８のシステムの残り部分よりかなり離れて設置される。しかし前記システムの残り部分に近接してもよい。プロセッサ１０８は、プロセッサ７４と同一の物理的ハードウェアであってもよい。
【０１０２】
データプロセッサ１０８によって生成された寸法の情報は、典型的には平均の開口直径ｄＡＶを有する。寸法の情報は、コンポジット信号１０６に応答したデータプロセッサ１０８によって生成された出力信号１１０の形態で提供される。コンポジット信号１０６が主要な値λＰよりも小さな波長の散乱光より発生する信号要素を有する場合、プロセッサ１０８はコンポジット信号１０６に於けるそのような短波長要素の影響を除去若しくは補正し、出力信号１１０を生成する。
【０１０３】
図７若しくは８の解析システム、とりわけデータプロセッサ１０８が所望の寸法情報としてプロセッサ出力信号１１０を生成するためにどのように動作するかを理解するために、図９、１０、１１、及び１２のグラフが有用である。図９は、光放出要素７０に於いて用いられる典型的な光源によって放出された光の強度ＩＥが、放出光の波長λで変化する様子を示す。約０．４μｍ〜約０．７μｍの可視スペクトルに渡り、適切な強度で光が放出されると、図９のグラフで表される光源が白色光を提供する。
【０１０４】
光が表面に衝当する際に散乱を被る光の強度ＩＳは、波長λの関数として、放出光強度ＩＥ及び散乱ファクターＦＳの積である。図１０は、光の散乱を引き起こす特徴寸法の関数として、散乱ファクターＦＳが波長λと共に変化する様子を示す。図１０に示されるように、散乱ファクターＦＳは波長λが増加するにつれて減少する。ファクターＦＳはまた光散乱機構の寸法が大きくなるにつれて増加する。光散乱機構が開口の端部である場合、機構のサイズは開口の周縁長さによって決定される。開口の周縁長さがその直径に比例することから、開口６２の要素ＦＳは、波長λの所与の値に於いて平均ｄＡＶが増加するにつれて増加する。
【０１０５】
図１１は、光の散乱を引き起こす表面が図１０に於いて表される散乱特性を有する場合に、図９のグラフによって表される光源のために、散乱光強度ＩＳが波長λと共に変化する様を示すものである。散乱ファクターＦＳが波長λが増加するについて減少するので、散乱光強度ＩＳは放出光強度ＩＥと比較して僅かに低い波長へと効果的にシフトする。サイズの特徴による散乱要素ＦＳの変化に依って、散乱光強度ＩＳがサイズの増加に伴って特徴的に増加する。光が開口６２へと伝わる時散乱を引き起こす光の強度ＩＳは、このように平均開口直径ｄＡＶが増加するにつれて増加する。
【０１０６】
図１２に目を向けると、水平方向の軸が、光１００若しくは１０４が概ね波長λである状況のため、散乱光１００若しくは１０４の波長λに対する開口６２の平均直径ｄＡＶの比率を示す。用語"corrected"は、例えばボディ６８を通る光１００若しくは１０４の通過によって発生するエラーのためのコンポジット信号１０６中で修正がなされるという事実に反映するように、図１２に於いて比ｄＡＶ／λを記述することに用いられる。
【０１０７】
図１２に於ける垂直軸は、散乱光１００若しくは１０４のための標準化された強度ファクターＩＳ／ＩＳＯを表す。パラメータＩＳはここではボディ６８の外部表面に沿う散乱光１００若しくは１０４の強度である。パラメータＩＳＯは、散乱光１００若しくは１０４が、幾何光学の限界即ち波長λがゼロになるような短い波長で、ボディ６８の外部表面に沿う平均的強度である。
【０１０８】
実際の散乱光強度ＩＳは短波長限界ＩＳＯに等しい。即ち散乱光強度ファクターＩＳ／ＩＳＯは１であり、図１２に於いて示されるように比ｄＡＶ／λは１よりも大きい。散乱光７８のための実際の強度ＩＳは、比ｄＡＶ／λが１よりも大きく、また開口６２が著しくオーバーラップしない時平均の開口直径ｄＡＶに対し比例する。１よりも大きな比ｄＡＶ／λのための光の散乱に対して、開口６２に於けるダイポール及びマルチポール磁場の双方が影響を及ぼすので、短波長限界に於ける直径ｄＡＶに対する線形ＩＳ依存が起こる。
【０１０９】
比ｄＡＶ／λが１よりも極めて小さいような長波長限界に於いて、開口６２に向かい伝わる光の散乱は、短波長限界に於いて発生するような時開口６２におけるダイポール及びマルチポール磁場の組み合わせからより、寧ろ開口６２に於けるダイポール磁場から多く発生する。短波長限界より長波長限界へと向かう、光散乱メカニズムに於ける変化によって、実際の散乱光強度ＩＳは、長波長限界に於ける開口の直径ｄＡＶの６乗に概ね準じて変化する。より高いｄＡＶ累乗依存性が、層６４の電気的に絶縁され、電気的に抵抗され、若しくは電気的に伝導性のある性質に関わらず起こる。図１２に示されるように、散乱光強度ファクターＩＳ／ＩＳＯは比ｄＡＶ／λがゼロに近付くに連れてゼロに近付く。
【０１１０】
短波長限界及び長波長限界の間に於いて、実際の散乱光強度ＩＳは比ｄＡＶ／λ（及びその他のパラメータ）の複雑な関数である。強度ＩＳの比ｄＡＶ／λの累乗に対する依存性は、比ｄＡＶ／λが増加するに連れて通常は増加するものである。短波長限界と長波長限界との間の変化は、図１２に於いて量的に示されている。
【０１１１】
実際の散乱光強度ＩＳは開口６２が著しくオーバーラップしていない場合、開口密度ＮＯＰに対し概ね比例する。開口６２の中心部が層６４にランダムに分布し開口密度ＮＯＰが高いケースで起こるように開口６２が著しくオーバーラップする場合は、強度ＩＳは開口密度ＮＯＰと共に直線的である以上の変化を為す。典型的には、実際の強度ＩＳは開口６２の中心部の高密度な分布である、ランダムなＮＯＰ１．５に対しおおよそ比例している。
【０１１２】
データプロセッサ１０８は、所望の寸法情報として識別信号１１０を提供するべく図１２に於いて示される関係に従って動作する。開口の直径ｄＡＶが主要な波長の値λＰよりも小さいので、プロセッサ１０８は比ｄＡＶ／λが１よりも小さなカーブの一部分に従って明確に動作する。
【０１１３】
プロセッサ１０８は図１２のカーブを直接的に用いることで所望の情報を決定し得る。開口６２の密度ＮＯＰはプロセッサ１０８に対し入力値として与えられる。このデータ及びコンポジット信号１０６を用いることで、プロセッサ１０８は寸法の情報１１０を計算する。
【０１１４】
代わりに、実際の散乱光強度ＩＳ、若しくは強度ＩＳを表すデータが、開口の直径ｄＡＶ、波長、及び短波長限界の強度ＩＳＯ、若しくは直径ｄＡＶが既知である物体６０の試料のために強度ＩＳＯを表すデータの関数として決定されても良い。このデータは、次に測定のためにデータプロセッサ１０８へと入力される。開口密度ＮＯＰが、再びプロセッサ１０８へと提供される。層の厚さのような物体６０の別の特性は、また測定を実行するためにプロセッサ１０８に与えられる。適切に測定されたプロセッサ１０８によって、プロセッサ１０８は寸法情報１１０を計算するためにコンポジット信号１０６を処理する。
【０１１５】
図４に於ける解析システムの開口密度ＮＯＰの計算で実行される方法と類似して、図７若しくは８の解析システムが、開口６２に向けて短波長の光が伝わる時に散乱を被るような短波長の光を伴う手続きに従って、密度ＮＯＰの計算に用いられても良い。即ち、短波長散乱光は開口の直径ｄＡＶより遙かに小さい波長である。主要な光放出要素７０の特性によると、短波長光は要素７０を含む光放出構造中で要素７０若しくは別の光放出要素によって提供されても良い。同時に、短波長の光が要素７２を有する光収集構造中で、別の光収集要素若しくは光収集要素７２によって主に収集される。光収集要素は収集した散乱短波長光の強度を表すコンポジット信号をデータプロセッサ１０８に提供する。
【０１１６】
開口密度ＮＯＰを決定するためのこの手続きにおいて、放出光７６のための波長及び散乱光１００若しくは１０４のための波長は、比ｄＡＶ／λが１よりも遙かに小さい長波長限界に近付くようにコントロールされる。長波長光のためのコンポジット信号１０６を生成し、比ｄＡＶ／λが１よりも遙かに大きい短波長の光のための対応するコンポジット信号を生成することで、次の近似式、
【０１１７】
【数５】
0004685306.tif 000006
【０１１８】
【数６】
0004685306.tif 000007
【０１１９】
が得られる。ここで、Ｃ及びＤは、適当な数学的解析、若しくは密度ＮＯＰ及び平均の開口直径ｄＡＶが既知である物体６０の参照試料を用いることで決定された経験的定数であり、指数ｚは通常１に等しいかそれよりも小さな正の数であり、指数ｕ及びｖは１よりも大きな正の数であり、ＭＣは長波長限界に於ける散乱光１００若しくは１０４の強度を表す測定値であり、ＭＤは収集された散乱短波長光の強度を表す測定値である。指数ｕは通常３から４の間であり典型的には３．５である。指数ｖは通常２から３の間であり典型的には２．５である。開口６２が著しくオーバーラップしない場合、指数ｚは１である。開口６２の中心部が互いにランダムに配置され、開口６２の著しいオーバーラップが起こる時、指数ｚは経験的に約１．５になるべく決定される。
【０１２０】
式５及び６を解くことで次の平均開口直径ｄＡＶ及び開口密度ＮＯＰの値が得られ、
【０１２１】
【数７】
0004685306.tif 000008
【０１２２】
【数８】
0004685306.tif 000009
【０１２３】
のように表される。データプロセッサ１０８は、典型的には式７及び８より直径ｄＡＶ及び密度ＮＯＰを計算するべくプログラムされる。
【０１２４】
寸法情報、とりわけ平均的な層の厚さを決定するための光透過／光散乱技術
図１３及び１４は物体６０に関する寸法の情報を決定するための本発明を用いた混合光−透過／光−散乱技術を利用した一対の解析システムを示す。寸法の情報は、典型的には物体６０の穿孔層６４の平均的な厚さを含む。以下に記述する方向的な差異を除けば、図１３及び１４に表した解析システムは概ね同一構成であり同一の使用方法で操作される。説明を簡略化するために、図１３及び１４の解析システムは次の情報中でまとめて記述される。
【０１２５】
図１３及び１４の各々の光ベース解析システムは、光放出構造及び光収集構造を有する。システムを作動させる間、物体６０、及び光放出及び光収集構造の光放出及び光収集要素は極めて暗い室内に配置される。
【０１２６】
図１３及び１４の各々に於ける解析システムの光放出構造は、図４の解析システムのために上述され作動する主たる光放出要素７０を最低でも含む。要素７０は物体６０に衝当する光７６を再び放出する。
【０１２７】
図１３に於ける解析システムに於いて、光放出構造は、更に物体６０を挟んで要素７０の反対側に配置された光放出要素１２０を有する。光放出要素１２０はボディ６８を通過し、層６４に衝当する光を放出する。図１３に於けるアイテム１２２は、要素１２０の特性及び開口６２の平均直径ｄＡＶに基づく、この放出光の一部分若しくは全てを表す。放出光１２０はコリメーションを含む放出光７６の特性と概ね同様である。結果として、放出光１２２は主要な波長の値であるλＰより大きいか若しくはそれに等しい波長である。光−放出要素７０と同様に、要素１２０はボディ６８を通過し層６４に衝当するが、その波長がλＰよりも小さな追加的な光を放出しても良い。例えば複数のポイントでフィルタリングされるように取り除かれることは別として、追加的な短波長光が通常図１３の解析システムに於いて用いられることはない。
【０１２８】
光放出要素１２０は、光放出要素７０とは別の光放出要素であっても良い。典型的には、図４の解析システムに於ける要素７０の上述の規則で要素１２０が実行される。要素１２０は図１３に於いて要素１２０が通常示されている位置へと代わりに移動させられた要素７０である。
【０１２９】
図１３及び１４の各々の解析システムに於ける光収集構造は、最低限、図４の解析システムのために上述されたように典型的に実行される主要光収集要素７２を有する。要素７２は要素７０によって放出された後、開口６２を通過する光７８を収集する。透過光７８を収集する際、要素７２は再び物体６０をスキャンする。また再び放出光７６の一部８０が後方へ散乱し、ボディ６８を通り戻る。
【０１３０】
図１３の解析システムに於いて、放出光１２２の一部分１２０が開口６２に向けて伝わって後方へと散乱される。散乱光１２４は次にボディ６８を通過し戻る。図１３に於ける要素７２は散乱光１２４の一部分１２６を収集する。散乱光１２６の収集の間、要素７２は物体６０をスキャンする。図１３には示されていないが、散乱光１２６の収集は通常透過光７８の収集よりも異なる時間で実行される。図１３に於ける要素７２は、ボディ６０上に衝当する放出光１２２又は／及び放出光７６より結果として生じる複数の解析パターンを形成する光を受信しないように配置される。放出光１２２の一部分１２８は開口６２及びボディ６６を透過する。透過光１２８はここではどのような目的にも用いられない。またそれ故更に議論されることもない。
【０１３１】
散乱光１２６は、通常開口６２を表す光強度パターンを形成する。光１２６は放出光１２２と概ね同一波長である。放出光１２２が放出光７６の特性と概ね同一であるので、散乱光１２６の波長は通常主要な波長の値λＰより大きい若しくはそれに等しい。従って平均的な開口直径ｄＡＶは、散乱光１２６の波長より小さく、好適にはその２分の１より小さく、しばしばその４分の１よりも小さい。
【０１３２】
図１４の解析システムに於いて、光放出構造は、更に光収集要素１３０を含んで表される。図１４の解析システムは光収集要素１３０及び７２が物体６０の同一側に配置されるが、開口６２を介して光放出要素７０と要素１３０が直線関係にならないように構成される。また要素１３０は透過光７８の著しい断片を収集することを回避するように配置される。代わりに要素１３０は散乱光８０の一部分１００を収集する。散乱光１００の収集に於いて、要素１３０は物体６０をスキャンする。
【０１３３】
光収集要素１３０は光収集要素７２とは別の光収集要素であっても良い。要素１３０は典型的には要素７２のために上述された規則に則って実行される。各々要素７２及び１３０による透過光７８及び散乱光１００の収集は、同時に実行されても、また別の時に実行されても良い。或いは、要素１３０は図１４中で要素１３０が示されていた位置に移動させられた要素７２であっても良い。その後通常は、透過光７８及び散乱光１００の収集が異なる時間に実行される。
【０１３４】
図１３及び１４の解析システムに於ける光収集構造はコンポジット信号８２及び１０６を提供する。コンポジット信号８２は透過光７８の強度を再び表すものである。光収集要素７２は図１３のシステム中では信号８２及び１０６の双方を供給する。図１３に於いて、シグナル１０６は散乱光１２６の強度を示す。光収集要素７２及び１３０は図１４のシステムに於いてシグナル８２及び１０６を各々提供する。図１４に於いてシグナル１０６は散乱光１００の強度を示すものである。
【０１３５】
図１３及び１４各々の解析システムは、層６４の平均厚さｔＡＶを決定するためにコンポジット信号８２及び１０６を評価するデータプロセッサ１３２を有する。厚さに関する情報は信号８２及び１０６に応答してプロセッサ１３２により生成された出力信号１３２の形で提供される。プロセッサ１３２はプロセッサ７４と同一の物理的ハードウェアであってもよい。
【０１３６】
プロセッサ出力信号１３４は、通常次に述べる規則に従って平均の層の厚さｔＡＶとして供給される。プロセッサ１３２は通常、プロセッサ出力信号８４に類似する光透過中間信号を提供するためにコンポジット信号８２を処理する。プロセッサ１３２は同様に、プロセッサ出力信号１１０に類似の光散乱中間信号を提供するためにコンポジット信号１０６を処理する。プロセッサ７４及び１０８が出力信号８４及び１１０を生成するために信号８２及び１０６を各々処理する方法と同様の方法で、プロセッサの動作が信号８２及び１０６に実行される。プロセッサ１３２は、次に厚さｔＡＶとして出力信号１３４を生成するために、２つの中間信号を適切に比較する。
【０１３７】
プロセッサ１３２は、図６及び１２に類似する曲線を直接的に用いることで平均の層の厚さｔＡＶを決定し得る。代わりに、プロセッサ１３２は厚さｔＡＶが既知である物体６０のサンプル上で測定されたデータを用いて測定されてもよい。適切に測定されたプロセッサ１３２で、プロセッサ１３２は次に厚さｔＡＶとして出力信号１３４を計算する。典型的には、開口の密度ＮＯＰがｔＡＶの計算を行うためにプロセッサ１３２に対して提供される。上記のように、平均厚さは、予め測定して得られた信号強度と平均厚さとの関係に基づいて、測定された信号強度から求められる。
【０１３８】
図１３若しくは１４の解析システムは本発明の光透過ベースの原理による平均の開口直径ｄＡＶを決定するための、図４の解析システムに於いて必要とされる全ての構成要素を有する。図１３のシステムはまた、本発明の光散乱ベースの原理による直径ｄＡＶを決定するための、図８の解析システムに於いて必要とされる全ての構成要素を有する。同時に、図１４のシステムは、本発明の光散乱ベースの原理に基づく直径直径ｄＡＶを決定するための図７の解析システムに於いて必要とされる全ての要素を含む。データプロセッサ１３２のプログラミングの適切な調整と共に、図１３若しくは１４のシステムが本発明の光透過ベース若しくは光散乱ベースの原理によって直径ｄＡＶを決定することに用いられてもよい。
【０１３９】
とりわけ欠陥としての異常部分の位置のような特徴を決定するための光回折技術
本発明は、或るラインのグループが別のラインのグループと交差する（上部又は下部で）ようなラインの或る特性を決定するために光の回折が用いられる技術を提供する。この光回折ベースの技術によって決定される特性は、典型的には欠陥のような異常部分の位置情報を有する。とりわけ、上方のラインのグループ若しくは下方のラインのグループ中で寸法の変化の異常が発生し、それが上方のラインのグループで反映されるとき時、本回折ベースの技術は、上方のラインのグループに於いて欠陥が単独で存在するのかそれとも双方のラインのグループに於いて存在するのかを決定するために用いられてもよい。上方のラインのグループ中に著しく反映されないように、下方のラインのグループ中で寸法上の変化が異常に発生する場合、本発明の回折ベース技術が欠陥が下方のラインのグループに於いて単独で存在することを決定するために用いられてもよい。加えて、本発明の技術は、少なくとも部分的に欠陥の通常の横方向位置を確認するために用いられ得る。
【０１４０】
図１５は、即ち本発明の回折ベース技術によって調べられる２つのグループの交差するラインを有する構造である、ダブルライン構造の一例を示す。図１５に於けるダブルライン構造は、図２ｆに於けるフィールドエミッタ１０のような物体の一部である。図１５に於ける物体は、通常平行な下方のライン１４０のグループと、低いライン１４０に対し通常垂直方向に延在しクロスオーバーする通常平行な上方のライン１４２とを有する。図示されていないが典型的には、或る層が上方のライン１４２と下方のライン１４０とを隔離している。この図に於いては、低いライン１４０は図１５に於ける点線で示されている。ライン１４２とライン１４０とを隔離する層は、本発明の回折ベース技術が以下に述べる規則で動作可能であるように、典型的には十分な光を透過させ、伝達する。
【０１４１】
ライン１４０及び１４２は、通常は比較的フラットな上部表面を有する下部構造（図示せず）に重なる。下方のライン１４０は、典型的には前記下部構造の上部表面上に相対的に一様な距離を保ち配置される。上方のライン１４２は典型的には前記下部構造の上部表面の上で、相対的に一様でより広い距離を保って配置される。
【０１４２】
ライン１４０及び１４２は、通常電気的な非絶縁物質、典型的には電導体からなり、通常は不透明である。上方のライン１４２と下方のライン１４０とを隔離する物質は、典型的には誘電体である。それにも関わらず、ライン１４０及び１４２は電気的絶縁物からなってもよく、及び／又は透明であってもよい。下方のライン１４０の長手方向の端部が図１５に於いて概ね直線として描かれているが、ライン１４０の長手方向の端部は様々な方法で曲線であってもよい。このことは上方のライン１４２にも同様に言える。
【０１４３】
図１５に於けるアイテム１４４は、上方のライン１４２が下方のライン１４０とクロスオーバーする領域を示す。アイテム１４６及び１４８は、少なくとも１つ若しくは複数のライン１４０及び１４２中で部分的に発生する、二箇所の欠陥のような異常部分位置を示す。異常部分１４６即ち小さい異常部分は、エリア１４４１つのみに重なって存在する。異常部分１４８即ち広い異常部分は、複数のエリア１４４に渡って広がる。異常部分１４６及び１４８は、各々が少なくとも１つ若しくは複数のクロスオーバー領域１４４中に少なくとも部分的に存在することから、クロスオーバー異常部分と呼ばれる。図１５に於ける物体は、上方のライン１４２がどのような下方のライン１４０とも交差しない位置で、１つ若しくは複数のライン１４０及び１４２に少なくとも部分的に発生する、非−クロスオーバー異常部分と呼ばれる１つ若しくは複数の異常部分もまた有してもよい。
【０１４４】
典型的にはクロスオーバー及び非クロスオーバー異常部分は、ライン１４０及び１４２の確かな予定位置付近の、寸法上の異常変化という形で明らかとなる。例えば各々クロスオーバー及び非クロスオーバー異常部分は、１つ若しくは複数のライン１４０及び１４２の予定された配置付近の、低いスポット若しくは高いスポットのような、高さに於ける異常な変化であり得る。そのような異常を形成する低いスポットは、１つ若しくは複数のライン１４０及び１４２に於けるギャップであり得る。ライン１４０及び１４２が電気的非絶縁体よりなり、ギャップが電気抵抗を極めて高くする場合、この型の異常は開回路欠陥である。低いスポット異常は、開回路欠陥が形成されないとしても、電気抵抗を極めて高くし得る。
【０１４５】
各々クロスオーバー若しくは非クロスオーバー異常部分が、１つ若しくは複数のライン１４０及び１４２の横方向の輪郭に於ける異常変化であってもよい。例としてブリッジや「mouse bites」が含まれる。ライン１４０及び１４２の１つの異常に狭い部分は、電気抵抗を極めて高くし得る。
【０１４６】
各々のクロスオーバー異常部分即ち異常部分１４６若しくは１４８が、１つ若しくは複数の上方のライン１４２の予定位置付近で存在してもよいが、下方のライン１４０の予定位置付近ではほとんど存在し得ない。例として、１つ若しくは複数の上方のライン１４２の予定位置付近の低いスポットがクロスオーバー異常部分であってよいが、それは、上方のライン１４２と下方のライン１４０とをほんのわずかに隔離する物質においては、１つ若しくは複数の開口を通じて１つ若しくは複数の下方のライン１４０と接触するように落ちた、ライン１４２若しくは複数のライン１４２の物質より生じるクロスオーバー異常部分であり得る。ライン１４０及び１４２が電気的非絶縁材からなる場合、この型のクロスオーバー異常部分は短絡回路の欠陥である。各々のクロスオーバー異常部分は、例えば高さの変化のようなクロスオーバー異常部分の効果が１つ若しくは複数の上方のライン１４２中で反映されるのに十分大きい程度に、１つ若しくは複数の下方のライン１４０の予定位置付近で存在してもよい。
【０１４７】
図１５に於ける物体が図２ｆのフィールドエミッタ１０である場合、下方のライン１４０は典型的には低い非絶縁領域３０におけるエミッタ電極である。エミッタ電極は図３に於いてアイテム３０Ｅとして明確に示されている。図１５に於ける上方のライン１４２は典型的には図２ｆ及び３に於けるコンポジットコントロール電極３４／３８Ｂである。各々のクロスオーバー領域１４４は、電子放出要素４８のグループを横方向に制限する、対応の制御開口３６を横方向に取り囲む。
【０１４８】
図１５の物体は暗い部屋に配置され好適には非常に暗い部屋に配置される。光放出要素７０のような１つ若しくは複数の光放出要素を有する光放出構造を用いて、下方のライン１４０の特徴を有する１つ若しくは複数の光回折パターン及び上方のライン１４２の特徴を有する１つ若しくは複数の光回折パターンが生成される。回折パターンが表れる領域若しくは複数の領域は、幾らかの散乱光を含んでいてもよい。
【０１４９】
光回折パターンが生成される順序は重要ではない。下方のライン１４０のためだけに光回折パターンが生成される単純なケース、及び上方のライン１４２のためだけに１つの光回折パターンが生成される単純なケースを想像して頂きたい。また下方のライン１４０のための回折パターンが上方のライン１４２のための回折パターンを生成する前に生成されると仮定して頂きたい。
【０１５０】
光放出構造よりの光が、物体、即ちライン１４０及び１４２又は下部構造上の適切な位置より、図１５の物体に向かって配向される。光は上方のライン１４２の側面を通過し、上方のライン１４２と下方のライン１４０とを隔離する層を通過し、下方のライン１４０の特性を有する第１の光回折パターンを生成するべく下方のライン１４０より回折される。第１の回折パターンのための光は、典型的には通常ライン１４０に対して平行に広がる平面に対して０度〜９０度の鋭角で、下方のライン１４０上に概ね垂直に衝当し、それ故下部構造の上部表面に対しても通常平行となる。
【０１５１】
光放出構造よりの光が、図１５の物体上の適切な位置より上方のライン１４２に向かって引き続いて配向され、光はライン１４２の特徴を含む第２の光回折パターンを生成するために、上方のライン１４２より回折する。典型的には第２の光回折パターンのための光は、通常はライン１４２に対して平行であり従って通常は下部構造の上部表面に対し平行となる平面に対して鋭角で、上方のライン１４２上に概ね垂直に衝当する。ライン１４２及び１４０に光が衝当する２つの位置は通常異なっており、好適には回折パターンが明確になるべく選択される。
【０１５２】
各々の光回折パターンが図１５の物体上の領域のバンドに表れる。回折パターンを生成するために用いられる光は典型的には可視光である。回折パターンが生成される時、図１５の物体が暗い部屋に設置されるので、回折パターンは人間の目で容易に見ることができる。図１６は、１つ若しくは複数の異常部分がライン１４０及び１４２に於いて発生する時、及び図１５の物体が図２ｆの電子−放出デバイス１０である時、或る回折パターンがどのように表れるかを示す例である。
【０１５３】
光回折パターンはライン１４０及び１４２の或る特性、特にライン１４０及び１４２に於いて異常部分が存在するかを決定するために調べられる。回折パターンの調査はそれらが生成する間実行され得る。代わりに、回折パターンの写真が撮影されてもよく、連続して調査がなされてもよい。回折パターンを表す情報が、写真以外の技術を用いて行い続けられてもよい。それが生成される間に為されるものであっても回折パターンを表す情報を用いた後であっても、回折パターンの調査は手動で行われてもよく、即ち、人の目並び／又は好適な解析装置を用いてもよい。
【０１５４】
下方のライン１４０中にクロスオーバー若しくは非クロスオーバー異常部分が存在せず、また図１５中の物体がフィールドエミッタ１０のような装置である時、ライン１４０は通常、ラインの高さ（若しくは厚さ）、ラインの幅、そしてライン１４０より別のライン１４０へ、また物体の或るユニットより別のユニットへのライン間距離に関して、大いに規則正しい外観を有する。同様のことが、ライン１４２中に於いてクロスオーバー若しくは非クロスオーバー異常部分が存在しない場合、若しくは物体がフィールドエミッタ１０のようなデバイスである場合に、上方のライン１４２に対しても言える。物体中にそのような異常部分が存在しない場合、ライン１４０及び１４２のための光回折パターンは同様に規定通りの外観を有する。
【０１５５】
１つ若しくは複数の下方のライン１４０に於いてクロスオーバー若しくは非クロスオーバー異常部分が発生すると、ライン１４０のための光回折パターンに於いて摂動が見られる。同様のことが１つ若しくは複数のライン１４２に於いてそのような異常部分が発生する時、上方のライン１４２のための回折パターン中で起こる。因って、回折パターンの調査は、通常の外観より多少の摂動が存在するかどうかを決定するためにそれらを詳細に調べることを必要とする。各々の異なった摂動は、典型的にはクロスオーバー若しくは非クロスオーバー異常部分を表す。
【０１５６】
下方のライン１４０及び上方のライン１４２のための光回折パターンが１つ若しくは複数の摂動を有する時、回折パターンは通常、各々の摂動よりの距離が増加するにつれて徐々にその通常外観へと戻る。非常に大量の摂動が存在する状況は別として、典型的には各々摂動回折パターンは、相対的に標準的な回折外観領域を有する。摂動回折パターンに対応する非摂動ベースライン光回折パターンと相互に関係させるために、比較的標準的な回折外観領域を用いることで、特に回折パターンに於ける摂動に対応する異常部分を有するライン１４０若しくは１４２又は複数のライン１４０若しくは１４２が決定されてもよい。
【０１５７】
一般に、ライン１４０の光回折パターンとライン１４２の光回折パターンは、ライン１４０及びライン１４２のどの特定のグループに欠陥があるか、すなわち、下側のライン１４０のグループに異常があるか、上側のライン１４２のグループに異常があるか、或いは下側のライン１４０及び上側のライン１４２の両方のグループに異常があるかを決定するために比較される。下側のライン１４０及び上側のライン１４２の両方の回折パターンにおいて同じ位置の摂動が発見される場合は、異常が下側のライン１４０に存在し、その異常が上側のライン１４２に反映されたことを強く示唆する。このような場合、この異常は、異常１４６または１４８などの交差部異常であるのが普通である。
【０１５８】
上側のライン１４２の回折パターンに摂動が発見され、下側のライン１４０の回折パターンの同位置に有意な摂動が発見されない場合は、１或いは複数の上側のライン１４２に異常が生じており、下側のライン１４０の同じ位置には有意な異常が生じていないことを強く示唆する。この異常は、交差部異常或いは非交差部異常であり得る。図１５の物体、即ち上側のライン１４２の回折パターンの更なる分析は、異常が交差部異常或いは非交差部異常であるかを決定するために必要であり得る。
【０１５９】
上述したように非交差部異常が、上側のライン１４２のいずれにも有意に反映されないように、１或いは複数の下側のライン１４０に生じ得る。下側のライン１４０の回折パターンに摂動が発見され、上側のライン１４２の回折パターンの同じ位置に有意な摂動が発見されない場合は、１或いは複数のライン１４０に異常が生じているが、上側のライン１４２における同じ位置には有意な異常が生じていないことを強く示唆するものである。交差部異常は１或いは複数の上側のライン１４２に反映されやすいため、この異常は非交差部異常の可能性が高く、ライン１４２の回折パターンに摂動として現れる。
【０１６０】
上記したように、本発明に従って存在及び位置が概ね決定される異常は、ライン１４０および／またはライン１４２における開回路の欠陥であるか、一方の上側のライン１４２と他方の下側のライン１４０との間の短絡欠陥であり得る。ライン１４０及びライン１４２における異常には、交差ラインの領域が過度に狭いなどの別のタイプの欠陥も含まれ得る。
【０１６１】
本発明の回折に基づいた分析技術は、ライン１４０及びライン１４２における異常以外の構造を調べるためにライン１４０及び１４２に適用することができる。ライン１４０及びライン１４２の少なくとも１つに生じる構造のために、この技術を適用して構造の位置を決定し、下側のライン１４０の何れかおよび／または上側のライン１４２の何れかにこの構造が生じているかを決定することができる。ライン１４０及び１４２の両方の回折パターンの同じ位置に、この構造を表す表示が現れる場合、１或いは複数の交差位置において１或いは複数の下側のライン１４０にこの構造が生じており、それによって１或いは複数の上側のライン１４２に反映されていることを強く示唆する。ライン１４０またはライン１４２の一方のグループの回折パターンにこの構造を表す表示が出現し、ライン１４２またはライン１４０の他方のグループでは出現しない場合は、回折パターンがこの構造を表す表示を示しているライン１４０またはライン１４２の何れか一方のグループにおいてのみ、この構造が存在することを強く示唆する。
【０１６２】
バリエーション
「上側」及び「下側」などの方向を表す用語は、ＦＥＤなどの物体の様々な部品が如何にして組み立てられるかを読み手が容易に理解できるように、参照のための大枠を決めるために本発明の説明に用いた。実際には、ＦＥＤの構成部品は、本明細書で用いた方向の用語によって示された方向とは異なって配置することも可能である。従って、方向を表す用語は説明を容易にするために用いたのであって、本発明は本明細書で用いた方向の用語によって包含される実施例とは方向が異なる実施例も包含する。
【０１６３】
本発明を特定の実施例を用いて説明してきたが、これらの説明は単に例示目的であって、本発明の請求の範囲を制限するものではないことを理解されたい。例えば、ゲート開口は、荷電粒子トラッキングを用いない技術によって形成することもできる。Ludwig他による米国特許第5,865,659号には、一般に球形である小さな粒子を用いてＦＥＤにゲート開口を形成する方法が示されている。本発明の分析技術は、Ludwig他におけるＦＥＤ製造プロセスに適用することもできる。
【０１６４】
電界放出は、一般に表面伝導放出（surface conduction emission）と呼ばれる現象を含む。本発明を利用して形成されるＦＥＤの電界エミッタは、熱電子放出や光放出に従って動作する電子放出と置き換えることができる。制御電極を用いて電子放出要素から電子を選択的に引き出すかわりに、ディスプレイが動作中に連続的に電子を放出する電子放出要素から選択的に電子を集める電極を電子エミッタに設けることもできる。
【０１６５】
本発明の分析技術は、フラットパネルＣＲＴディスプレイ以外の装置に適用することもできる。一般に、本発明の光透過技術及び光散乱技術は、平均直径が測定に用いる光の波長より小さい様々なタイプの開口の平均直径の測定に用いることができる。従って、請求の範囲に規定された本発明の範囲及び目的を逸脱することなく、様々な改変や変形が可能であることを当業者であれば理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の分析技術を用いて製造が補助され得るフラットパネルＣＲＴディスプレイの側断面図である。
【図２ａ】  図１のフラットパネルディスプレイの電子放出装置の本発明に従った製造ステップを表す、図１の面２−２に沿って切り取られた側断面図である。
【図２ｂ】  図１のフラットパネルディスプレイの電子放出装置の本発明に従った製造ステップを表す、図１の面２−２に沿って切り取られた側断面図である。
【図２ｃ】  図１のフラットパネルディスプレイの電子放出装置の本発明に従った製造ステップを表す、図１の面２−２に沿って切り取られた側断面図である。
【図２ｄ】図１のフラットパネルディスプレイの電子放出装置の本発明に従った製造ステップを表す、図１の面２−２に沿って切り取られた側断面図である。
【図２ｅ】  図１のフラットパネルディスプレイの電子放出装置の本発明に従った製造ステップを表す、図１の面２−２に沿って切り取られた側断面図である。
【図２ｆ】  図１のフラットパネルディスプレイの電子放出装置の本発明に従った製造ステップを表す、図１の面２−２に沿って切り取られた側断面図である。
【図３】  図２ｆの電子放出装置の一部の配置図である。
【図４】  フラットパネルＣＲＴディスプレイの一部などの物体の多孔層の寸法の情報（通常は平均開口直径である）を決定するための本発明に従った光透過技術を用いた分析装置のブロック図である。
【図５】  図４の分析装置におけるデータプロセッサのブロック図である。
【図６】  図４の物体の測定に対する開口直径と波長との比率の関数としての透過光強度ファクターのグラフである。
【図７】  フラットパネルＣＲＴディスプレイの一部などの物体の多孔層の寸法の情報（通常は平均開口直径である）を決定するための本発明に従った光分散技術を用いた分析装置のブロック図である。
【図８】  フラットパネルＣＲＴディスプレイの一部などの物体の多孔層の寸法の情報（通常は平均開口直径である）を決定するための本発明に従った光透過技術を用いた分析装置の別のブロック図である。
【図９】可視光の一般的な光源の波長の関数としての発光強度のグラフである。
【図１０】物体に形成されている開口などの構造の縁で回折された光の波長の関数としての散乱ファクターのグラフである。
【図１１】物体に形成されている開口などの構造の縁で回折された光の波長の関数としての散乱光の強度のグラフである。
【図１２】図７または図８の物体における測定の開口直径と波長の比率の関数としての散乱光の強度ファクターのグラフである。
【図１３】フラットパネルＣＲＴディスプレイの一部などの物体の多孔層の寸法の情報（通常は層の厚さ）を決定するための、本発明に従った光透過技術と光散乱技術との組み合わせを用いた分析装置のブロック図である。
【図１４】フラットパネルＣＲＴディスプレイの一部などの物体の多孔層の寸法の情報（通常は層の厚さ）を決定するための、本発明に従った光透過技術と光散乱技術との組み合わせを用いた別の分析装置のブロック図である。
【図１５】図２ｆの電子放出装置などの物体の異常を含んだ部分の単純化した配置図である。
【図１６】図２ｆの電子放出装置などの１或いは複数のラインの異常を有する物体によって生成された回折パターンの図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図２ｃ】
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【図２ｄ】
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【図２ｅ】
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【図２ｆ】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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