(57)【要約】【課題】  光軸当り複数の電子線、例えば４つの電子線を作り、且つ１の電子線ビーム当たりの電流が比較的大きい電子線装置を提供する事を目的とする。【解決手段】  電子線装置であって、電子銃（３０）を有する電子線放出部（３２）を備え、電子銃（３０）は、光軸（２３）に沿って配置されていると共に、光軸（２３）の周囲で光軸（２３）と所定の角度方向に沿って複数の周辺電子線を放出し、電子線装置は、光軸（２３）からはずれた位置に配置された複数の開口（３４）と、電子銃（３０）と開口（３４）間に磁界を形成して、電子銃（３０）から放出される複数の周辺電子線が開口（３４）を通るように、周辺電子線を制御する磁界レンズ（７）とを備えている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線装置であって、
前記電子線装置は、電子銃を有する電子線放出部を備え、前記電子銃は、光軸に沿って配置されていると共に、前記光軸の周囲で前記光軸と所定の角度方向に沿って複数の周辺電子線を放出し、
前記電子線装置は、前記光軸からはずれた位置に配置された複数の開口と、
前記電子銃と開口間に磁界を形成して、前記電子銃から放出される複数の周辺電子線が前記開口を通るように、前記周辺電子線を制御する磁界レンズ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に記載の電子線装置において、前記電子銃は、Ｚｒ０／Ｗ及び遷移金属の炭化物、ショットキーカソードの少なくとも１つからなる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、上記磁界レンズは前記周辺電子線の焦点距離と回転量を独立に調整可能である事を特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の電子線装置において、上記開口の縮小像を試料に結像させる事を特徴とする電子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記磁界レンズは、
光軸に沿って並べられた一対の環状のコイルと、
該一対のコイルの間に配置された中央磁極と、
前記光軸に対して前記中央磁極の上流側に設けられた上流側磁極と、
前記光軸に対して前記中央磁極の下流側に設けられた下流側磁極とを有し、
前記磁界レンズの前記電子銃と対向する部分には、前記中央磁極と前記上流側磁極と前記下流側磁極とを貫通した、前記電子線を通すための孔が設けられており、
前記開口は、前記孔内に設けられており、前記下流側磁極付近に配置されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の電子線装置において、
前記電子銃は複数設けられており、また、前記磁界レンズは、これに対応して複数の前記孔を有していることを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項１乃至５のいずれかに記載に示された装置を用いてプロセス途中のウェーハの評価を行う事を特徴とするデバイス製造方法。
【請求項８】
一次電子線を放出する電子線源と、
前記一次電子線を試料上に案内して該試料を前記一次電子線で走査するための一次光学系と、
前記試料から放出される二次電子線を検出する検出面を有する二次電子検出装置と、
前記試料から放出される二次電子線の像を前記二次電子検出装置の検出面に案内して結像させるための二次光学系とを備え、
前記一次光学系は、前記電子線源から放出された前記一次電子線を、前記試料面での画素寸法より大きい寸法で照射する集束レンズを備えており、
前記二次光学系は、
前記試料から放出された前記二次電子の像を拡大して前記検出面に結像させる拡大レンズを有し、
前記検出面は、前記試料から放出され前記拡大レンズを通った二次電子線のうち、前記試料面での画素寸法に該当する試料部分から放出された二次電子線を選択的に検出させることを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
請求項８に記載の電子線装置において、
前記検出面は、前記試料面の画素寸法と前記拡大レンズの拡大率との積に略等しいかあるいはより小さい寸法を有することを特徴とする電子線装置。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の電子線装置において、
前記電子線装置は、当該電子線装置を制御するための制御装置を備えており、
前記二次光学系は、さらに、偏向器を備え、
前記制御装置は、前記偏向器を試料上での一次電子線の走査に同期させて、前記試料上に走査された一次電子線から放出された二次電子線が、常に前記開口上又は検出面上に形成させるように補正することを特徴とする電子線装置。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の電子線装置において、
前記拡大レンズは複数あり、そのうちの初段のレンズは、電磁レンズと、該電磁レンズの内部に設けられ正の電圧が印加された軸対称電極とを組み合せたレンズであることを特徴とする電線装置。
【請求項１２】
請求項８乃至１１に記載の電子線装置において、
前記一次光学系は、さらに、前記電子線源から放出された一次電子線から、複数の一次電子線を形成するマルチ開口を有し、該マルチ開口を通って形成された前記複数の一次電子線が、前記試料上を走査されるようになっていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１３】
半導体装置を製造する方法であり、次のステップから成る。
（ａ）ウェーハを準備する
（ｂ）ウェーハプロセスでウェーハの処理を行う
（ｃ）処理後のウェーハの請求項８に示した電子線装置を用いて評価を行う
（ｄ）（ｂ）（ｃ）のステップを必要な数、繰り返す
（ｅ）デバイスを組み立てる
【請求項１４】
電子線装置であって、
前記電子線装置は、
電子銃と、
前記電子銃から放出された一次電子線を、複数の一次電子線にするための複数の開口と、
前記電子銃から放出された一次電子線を、１つの一次電子線にするための単一の開口とを備え、
前記単一の開口は、その寸法において、前記複数の開口よりも小さく、これによって、前記単ビームの一次電子線を前記複数の一次電子線よりも細くすることができ、
前記電子線装置は、また、
前記複数の開口又は前記単一の開口の一方を通過した、前記複数の一次電子線又は前記単一の一次電子線を縮小し試料に集束させる対物レンズと、
試料から放出された二次電子線を偏向させる分離器と、
該偏向された二次電子線を検出する二次電子検出器とを備え、
前記複数の開口又は前記単一の開口を選択して、関連する前記複数の一次電子線又は前記単一の一次電子線を使用することにより、試料の評価を行うことができることを特徴とする電子線装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の電子線装置において、
前記欠陥検出用開口と前記欠陥レビュー用開口は、１つの開口板に設けられていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の電子線装置において、
前記電子銃は、Ｚｒ０／Ｗ、ＬａＢ６及び遷移金属の炭化物、ショットキーカソードの少なくとも１つからなることを特徴とする電子線装置。
【請求項１７】
請求項１４に記載の電子線装置において、
前記欠陥レビュー用開口と前記欠陥検出用開口は、その寸法において、前記欠陥レビュー用一次電子線の寸法が前記欠陥検出用一次電子線の寸法の半分以下となるように設定されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１８】
請求項１４ないし１７のいずれかに記載の電子線装置を用いて試料の評価を行う事を特徴とするデバイス製造方法。
【請求項１９】
ホロービームからなる一次電子線を放出するリング状のカソードと、ウェーネルトと、前記カソードから放出された前記ホロービームを制御するアノードを有する電子銃と、
前記試料から放出される二次電子あるいは後方散乱電子をレンズで像形成させることを特徴とする電子線装置。
【請求項２０】
請求項１９に記載の電子線装置において、
前記アノードは、接地された内側アノードと電圧が印加される外側アノードとを有し、
前記電子銃の照射条件は、前記外側アノードに印加される電圧を変えることにより制御することができることを特徴とする電子線装置。
【請求項２１】
ホロービームからなる一次電子線を放出するリング状のカソードと、前記カソードから放出された前記ホロービームを制御するアノード及びウェーネルトとを備える電子銃において、
前記カソードは、光照射あるいは加熱されることにより一次電子線が放出され、
前記アノードは、内側アノードと外側アノードを有し、
前記内側アノードは前記カソードに対して内側に設けられ、前記外側アノードは前記カソードに対して外側に設けられおり、
前記内側アノードと前記外側アノードとを互いに絶縁し前記内側アノード又は前記外側アノードの電位を変えることによって、前記ホロービームの放出角度を調整することを特徴とする電子銃。
【請求項２２】
請求項１９乃至２１に記載の電子線装置を用いてプロセス途中のウェーハの評価を行う事を特徴とするデバイス製造方法
【請求項２３】
電子線装置であって、
前記電子線装置は、ｘ軸線方向及びｙ軸線方向を有するｘｙ平面に沿って移動可能な試料台に載置された試料に、複数の光軸を有する複数の一次電子線を照射・走査・位置補正して、前記試料の評価を行っており、
位置測定装置は、
第１のレーザビームを、ｘ軸線方向又はｙ軸線方向の一方の軸線方向に沿って試料台に向けて照射して、前記一方の軸線方向に沿った試料台の位置を測定するための第１の測定装置と、
第２及び第３のレーザビームを、ｘ軸線方向又はｙ軸線方向の他方の軸線方向に沿って試料台に向けて照射して、前記他方の軸線方向に沿った前記試料台の２ヶ所の位置を測定するための第２の測定装置とを備え、
前記第２のレーザビームと前記第３のレーザビームとは、前記他方の軸線方向に沿って離間されて前記試料台に向けて照射されており、
前記位置測定装置は、さらに、前記第１の測定装置からの測定値と前記第２の測定装置からの測定値とに基づいて、前記試料台のｘｙ平面内の回転量を検出し、前記回転に起因する照射位置を補正する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記試料台のｘ、ｙ位置及びｘｙ平面内の回転量に基づいて偏向器を制御し、これによって、前記偏向器は、前記試料の理想的な動きからのズレがなくなるように前記複数の一次電子線毎に偏向して、前記試料上での当該一次電子線の照射位置を補正することを特徴とする電子線装置。
【請求項２４】
請求項２３に記載の電子線装置において、
前記測定装置は、また、前記試料台の上方に配置された前記電子線装置の対物レンズの側壁に設けられた固定鏡を備えていることを特徴とする電子線装置。
【請求項２５】
請求項２３に記載の電子線装置において、
前記レーザ移動鏡は、セラミック製試料台の側面を研磨して作ったことを特徴とする電子線装置。
【請求項２６】
請求項２３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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、８インチ、１２インチウェーハ等の大きい基板を高精度（５０ｎｍピクセル〜２５ｎｍピクセル）且つ高スループットで評価することが可能な電子線装置に関するものである。高スループット化するためにはマルチビームにすることが有利で、一つの電子銃から強度の大きいマルチビームを得るには大きい角電流強度の電子銃が必要で、そのような電子銃はＬａＢ６とＷヘアピンで、１０５μＡ／ｓｒと３．９３×１０6μＡ／Ｓｒの値がそれぞれ知られている。
【０００２】
こうした角電流強度の値を比べると、ＴａＣの１０４μＡ／Ｓｒという値は、Ｚｒ０／Ｗの６００μＡ／Ｓｒよりも大きいが、Ｗヘアピンの３．９３×１０6μＡ／Ｓｒに比べると小さいことが判る。しかし、ＴａＣは光軸外の４方向に強いビームを放出するので、マルチビームを形成し易い。したがって、例えばＴａＣからなるカソードを用いた熱電界放出電子銃によってマルチビームを形成しようとする装置と、該電子線装置を用いてウェハを評価することによりデバイスを歩留まり良く製造することができるデバイス製造方法とに関する。
【背景技術】
【０００３】
この種の背景技術としては、例えば遷移金属の炭化物エミッターからの電子の放出に関して、熊代等は、その論文「炭化物エミッターの電子放射と表面」において、ＴｉＣ単結晶を用いたエミッターと多結晶熱エミッターとの電子放射特性について詳細な報告をしている（雑誌「応用物理」第４５巻、第７号（１９７６）参照）。
【０００４】
熱電界放出電子銃から放出される電子線の角電流強度として、例えばＴａＣについては１０4μＡ／Ｓｒの、Ｚｒ０／Ｗについては６００μＡ／Ｓｒの値が知られている。Ｗヘアピンではビーム電流をあまり大きくすることができないと言う課題がある。
【０００５】
また、Ｚｒ０／Ｗ、ＬａＢ６あるいは遷移金属の炭化物からなるショットキーカソード電子銃からのビームは光軸上の１本のビームのみが利用されていたため、ビームの走査に時間がかかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点、すなわち、８インチ、１２インチウェーハ等の大きい基板を高精度（５０ｎｍピクセル〜２５ｎｍピクセル）で評価するには長時間かかるという問題点を解決するためのものであり、光軸当り複数の電子線、例えば４つの電子線を作り、且つ１の電子線ビーム当たりの電流が比較的大きい電子線装置を提供する事を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記目的を解決するために、本発明は、電子線装置であって、
前記電子線装置は、電子銃を有する電子線放出部を備え、前記電子銃は、光軸に沿ってカソードが配置されていると共に、前記光軸の周囲で前記光軸と角度を有する方向に複数の周辺電子線とを放出し、
前記電子線装置は、前記光軸からはずれた位置に配置された複数の開口と、
前記電子銃から放出される複数の周辺電子線が前記開口を通るように、前記中心電子線及び前記周辺電子線を制御する磁界レンズとを備えた電子線装置を提供するものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電子線装置によれば、磁界レンズにより、電子銃３０から放出される中心電子線及び周辺電子線を制御して、周辺電子線だけ開口３４を通るようにしたので、中心電子線より電流の強い周辺電子線を用いて試料を検査することが可能となり、高精度の評価が実現できるという効果を奏する。また、複数の電子線を使用して試料上を走査し、当該試料を検査することができるため、試料の評価を高スループットで行うことができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
まず、第１の発明の実施例に係る電子線装置の概要を説明する。
図１に示す本発明の実施形態の電子線装置は、電子銃３０を有する電子線放出部３２と、光軸２３からはずれた位置に配置された複数の開口３４と、電子銃３０から放出される複数の周辺電子線が開口３４を通るように、中心電子線及び前記周辺電子線を制御する磁界レンズ７を備えている。
【００１０】
電子線放出部３２は、２つの電子銃３０と、電子銃３０を保持すると共に電子銃室５を形成するためのハウジング３８とを備えており、電子銃室５を高真空にするためのイオンポンプ６がハウジング３８に取り付けられている。また、電子銃３０には、電子銃３０を機械的に動かす機構２８が接続されている。本実施形態においては、電子線装置が２つの電子銃３０を備えるようにしたが、本発明はこれに限定されるものではなく、電子銃３０が１つであってもよいし、２つ以上の電子銃３０を設けるようにしてもよい。
【００１１】
電子銃３０は、光軸２３に沿って１つの中心電子線を放出すると共に、中心電子線の周囲で光軸２３に沿って複数の周辺電子線とを放出する。本実施形態においては、電子銃３０から、中心電子線の周囲に沿って等間隔に４つの周辺電子線が放出される。もっとも、本発明は、周辺電子線の数が４つに限定されるものではなく、少なくとも２以上あるものが含まれる。電子銃３０は、カソード３６と、アノード３とを有している。カソード３６は、Ｚｒ０／Ｗチップ１をタングステンヒータ２にスポット溶接して構成されている。なお、このようなカソード３６は、市場で入手可能となっている。電子銃３０は、例えば、Ｚｒ０／Ｗ及び遷移金属の炭化物ショットキーカソード３６の少なくとも１つからなる。アノード３は、電子銃３０のＺｒ０／Ｗチップ１からあまり離れていない位置に設けられている。
【００１２】
図２に示すように、アノード３には、光軸２３からはずれた位置で、周方向に沿って対称な４カ所位置の位置に、１０μｍφの開口３４がそれぞれ設けられている。アノード３は接地されており、Ｚｒ０／Ｗチップ１には−４．５ｋＶの電圧が印加される。この２極管構造でショットキーエミッションを引き出すことができる。Ｚｒ０／Ｗチップ１から放出される電子線は、光軸２３に沿った１つの中心電子線と、中心電子線の周囲で光軸２３に沿った４つの周辺電子線である。従来は光軸２３方向へ放出される１つの中心電子線しか使用されていなかった。しかし、４つの周辺電子線は中心電子線よりはるかに電流が大きいため、中心電子線は捨てて４つの周辺電子線を開口３４を通す様にする。
【００１３】
磁界レンズ７は、アノード３の位置まで磁界を形成している。より具体的には、電子銃１のＺｒ０／Ｗチップ１から、アノード３の下流側付近まで磁界を形成し、Ｚｒ０／Ｗチップ１から放出される電子線のうち４つの周辺電子線だけが開口３４を通るように磁場を形成している。
【００１４】
磁界レンズ７は、電子銃３０側から見ると円形をしており、その中央の電子銃側の面に同じく円形の上流側溝５０が形成され、該溝５０に電子放出部の電子銃室５の一部が取り付けられている。また、磁界レンズ７は、その下流側の面に、上流側溝５０とほぼ同じ形状の下流側溝５１が形成されている。
【００１５】
磁界レンズ７は、光軸２３に沿って並べられた一対の環状のコイル７−１、７−２、と、該一対のコイルの間に配置された中央磁極７−３と、光軸に対して中央磁極の上流側に設けられた上流側磁極７−４と、光軸に対して中央磁極の下流側に設けられた下流側磁極７−５とを有している。中央磁極７−３と上流側磁極７−４と下流側磁極７−５とは、それぞれ、強磁性体で形成されている。上流側磁極７−４と下流側磁極７−５とは、一対の環状のコイル７−１、７−２を覆う磁気回路の機能を兼ね備えている。
【００１６】
磁界レンズ７の電子銃３０と対向する部分には、中央磁極と上流側磁極と下流側磁極とを貫通した、電子線を通すための孔６０が設けられている。４つの開口３４が設けられたアノード３は、該孔内に設けられ、下流側磁極付近に配置されている。中央磁極と上流側磁極と下流側磁極とにより、孔内に磁界を形成し、この磁界により孔を通る電子線を制御して、周辺電子線だけが対応する開口３４を通るようにしている。
【００１７】
一対のコイルは、中央磁極の上流側に設けられた上流側コイル７−１と、中央磁極の下流側に設けられた下流側コイル７−２とからなる。上流側磁極と中央磁極と上流側コイルとにより、上流側レンズが形成されている。また、下流側磁極７−５と中央磁極７−３と下流側コイル７−２とにより、下流側レンズが形成されている。このように、中央磁極７−３は、上流側レンズと下流側レンズとに共通の磁極となっている。Ｚｒ０／Ｗチップ１から放出される４つの周辺電子線は、該２つの上流側レンズと下流側レンズとにより、回転しながら集束する。この電子線の集束作用の強さ及び電子線の回転角を適切にすることにより、４つの周辺電子線をアノード３に設けられた開口３４を通す。すなわち、上流側コイルと下流側コイルには互いに逆方向の電流を流し、電流の強さ、電流比を調節する。レンズの強さを調節することにより集束作用の強さ（すなわち、光軸２３に対して放射方向であるＲ方向）を合せ、上流側のレンズと下流側のレンズの電流比を調整することにより回転角（すなわち、回転方向であるθ方向）を合せればよい。磁界レンズ７に対する電子線の軸合せは、電子銃３０を機械的に動かす機構２８で行われる。
【００１８】
開口３４の下流側には、軸合せコイル９、１０、ＮＡ開口１２、磁界レンズ１３がこの順番で設けられている。磁界レンズ１３の構造は磁界レンズ７と同様である。軸合せコイル９は磁界レンズ７の下流側の溝に、軸合せコイル１０は磁界レンズ１３の上流側の溝にそれぞれ設けられている。ＮＡ開口１２は軸合せコイル１０より少し試料よりにあり、ＮＡ開口１２を通過した電子線を磁界レンズ１３で調整する。磁界レンズ１３の下流側には、軸合せ偏向器２４、走査用第１偏向器２５、Ｅ×Ｂ偏向器１５、１６、走査用偏向器１７、磁気レンズ１４、軸対称電極２１、試料２２がこの順番で設けられている。また、本実施形態の電子線装置は、二次光学系も備えている。軸合せ偏向器２４は、磁界レンズ１３の下流側の溝に設けられている。磁気レンズ１４は、ギャップ２０が試料２２側にあり、このギャップ２０が作る軸上磁場と軸対称電極２１と試料面及び磁気レンズ１４が作る電界によるレンズ作用で開口３４の縮小像を試料２２の表面に合焦させる。即ち、複数の開口３４は縮小レンズ１３でまず縮小され、その像がさらに対物レンズ（磁気レンズ１４と電極２１等による静電レンズとの合成レンズ）で縮小され、試料２２上に５０〜１００ｎｍφのマルチビームを形成する。磁気レンズ１４も磁界レンズ７、１３同様、上流側から見ると円形をしているが、溝は上流側の電子線が通過する部分の周辺にのみ２つ形成されている。該溝には、Ｅ×Ｂ偏向器１５、１６、走査用偏向器１７が設けられている。
【００１９】
開口３４を通過した４つの周辺電子線は電磁レンズ７の集束作用でＮＡ開口１２にクロスオーバを作る。ＮＡ開口１２と磁界レンズ１３に対する軸合せは、軸合せコイル９、１０で行われる。該ＮＡ開口１２を通過した周辺電子線は磁界レンズ１３によって、対物レンズ１４、２１の主面の位置に合焦され、開口３４の像が試料面に形成された時のレンズ収差を最小にされる。磁界レンズ１３も磁界レンズ７と同様、レンズ強度と回転量を独立に調整可能で、開口３４を通過した４つの周辺電子線の試料での姿勢を調整し、図３に示すように４つの周辺電子線のｙ軸への投影した互の間隔がすべて等しくなるようにしている。磁界レンズ１３により調整された４つの周辺電子線の対物レンズ１４、２１への軸合せは軸合せ偏向器２４で行われる。該電子線は、対物レンズ１４、２１により試料２２に結像され、走査用偏向器２５と１７により試料２２上を走査される。試料２２の走査点から放出された二次電子は軸対称電極２１に印加された正の電圧と試料２２に印加された負の電圧とで作られる電界で加速され、Ｅ×Ｂ偏向器１５、１６で二次光学系２６の方向に偏向される。拡大レンズ１８により検出器１９に二次電子の拡大像が形成され、４つの周辺電子線からの二次電子が互の干渉なく検出され、１本の光軸２３当り４チャンネルのＳＥＭ像が作られる。
【００２０】
電子線装置は磁界レンズ７及び光軸２３からはずれた位置に配置されたアノード３に設けた開口３４を備え、該磁界レンズ７はＺｒ０／Ｗカソード３６から放出された複数の電子線が開口３４を通るように調節可能である。そのため、Ｚｒ０／Ｗカソード３６から放出された電子線のうち電流の最も強い４つの周辺電子線を開口３４の位置に磁界レンズ７で正確に合せる事ができ、大きく、強度のそろった４本のビームが得られ、高精度の評価が実現できるという効果を奏する。また、４つの周辺電子線を使用して試料上を走査するため、基板の評価を高スループットで行うことができる。
【００２１】
また、４つの周辺電子線の試料上での回転方向の位置を磁界レンズ１３で調整してしかも、クロスオーバ位置を対物レンズ１４、２１近傍の収差を小さくなる位置に合せる事ができる。
【００２２】
本実施の形態では電子銃室５は試料２２との間に開口３４とＮＡ開口１２とによって真空的に低コンダクダンスのオリフィスで隔てられて、これらのオリフィスの間はイオンポンプ１１で排気されているので、Ｚｒ０／Ｗカソード３６を長寿的、安定に動作させられる。
【００２３】
次に第２の発明に係る実施例を説明する。
第２の発明に係る実施例は、微細なパターンを有する試料の画像を、高解像度且つ高速で取る電子線装置に関するものである。
【００２４】
従来、ウェーハ等の試料の表面画像を取るには、画像の解像度を高くするため、細く絞った電子線で試料上を走査し、２次電子を検出してＳＥＭ像を得ていた。
しかし、電子線のビーム寸法を小さくするとビーム電流は（ビーム径）４に比例して小さくなる。例えば、ピクセル寸法＝ビーム寸法とした場合には、
ビーム寸法      ビーム電流    ピクセル周波数  フレーム時間（ｓｅｃ）
０．１μｍφ    １００ｎＡ    １００ＭＨｚ    １ｓｅｃ／ｍｍ２
０．０５μｍφ  ６．２５ｎＡ  ６．２５ＭＨｚ  ６４ｓｅｃ／ｍｍ２
２５ｎｍφ      ３９０ＰＡ    ３９０ＫＨｚ    ４，０９６ｓｅｃ／ｍｍ２
１０ｎｍφ      １０ＰＡ      １０ＫＨｚ      １×１０６ｓｅｃ／ｍｍ２
となる。従って、ビーム寸法が小さくなると、指数関数的にビーム電流が小さくなることから、ウェーハ等の試料から放出される二次電子のビーム電流が小さくなり、画像のＳ／Ｎ比を高くすることができなくなる。そのため、二次電子の放出を増加させるために、一次電子線の試料上での走査速度を下げざるを得ず、すなわち、指数関数的にピクセル周波数を下げざるを得ず、有限の面積の画像を取り込むのに指数関数的に増加した多大な時間を要するという問題点があった。
【００２５】
第２の発明に係る実施例は、上記の問題点、すなわち、ウェーハ等の試料の表面画像を高解像度でとるためにビーム寸法を小さくすると、画像取り込みに時間を要するという問題点を解決するためのものであり、従来より大きい一定のビーム寸法の電子線により試料を走査し、試料から放出される二次電子に基づいて高速で画像を取り、且つ該画像が高解像度である電子線装置を提供することを目的とする。
【００２６】
前記目的を解決するために、本発明は、電子線装置であって、
前記電子線装置は、一次電子線を放出する電子線源と、
前記一次電子線を試料上に案内して該試料を前記一次電子線で走査するための一次光学系と、
前記試料から放出される二次電子線を検出する検出面を有する二次電子検出装置と、
前記試料から放出される二次電子線の像を前記二次電子検出装置の検出面に案内して結像させるための二次光学系とを備え、
前記一次光学系は、前記電子線源から放出された前記一次電子線を、前記試料面での画素寸法より大きい寸法に集束するための集束レンズを備えており、
前記二次光学系は、
前記試料から放出された前記二次電子の像を拡大して前記検出面に結像させるための拡大レンズと、
前記拡大レンズと前記二次電子検出装置の検出面との間に配置された開口であって、前記試料から放出され前記拡大レンズを通った二次電子線のうち、前記試料面での画素寸法に該当する試料部分から放出された二次電子線を選択的に通過させる開口とを備えた電子線装置を提供するものである。
【００２７】
第２の発明に係る実施例によれば、二次電子検出装置の検出面の画素寸法より十分大きいビーム寸法を有する一次電子線で試料上を走査し、試料から放出される二次電子線のうち、この画素に該当する部分のみを二次電子検出装置の検出面に入射させるので、高解像度且つ高速で画像をとることができるという効果を奏する。
【００２８】
第２の発明の実施形態である単ビームを用いた第一の実施態様を図４で説明する。本実施態様の電子線装置は、一次電子線２−１３を放出する電子線源である電子銃１と、一次電子線を試料２−４上に案内して該試料２−４を一次電子線で走査するための一次光学系２−３０と、試料２−４から放出される二次電子線２−１４を検出する検出面２−１６を有する二次電子検出装置２−９と、試料２−４から放出される二次電子線２−１４の像を二次電子検出装置２−９の検出面２−１６に案内して結像させるための二次光学系２−４０と、当該電子線装置を制御するための制御装置２−１００とを備えている。
【００２９】
電子銃２−１は、電子放出材（カソード）を加熱することにより電子を放出する熱電子線源タイプが用いられている。カソードとしての電子放出材（エミッタ）は、ランタンヘキサボライド（ＬａＢ６）が用いられている。電界放出型の電子線源あるいは熱電界放出型の電子線源を使用してもよい。ＳＥＭ方式ではショットキーエミッション又は熱電界放出型電子線源を使用することが好ましい。
【００３０】
一次光学系２−３０は、電子銃１から放出された一次電子線２−１３を、試料面での画素寸法より大きい寸法で照射させる集束レンズ２−２、２−３と、一次電子線を試料２−４上をラスタ走査させるための走査偏向器２−１１とを備えている。
【００３１】
本実施態様においては、集束レンズは、コンデンサレンズ２−２と対物レンズ２−３とから構成されている。コンデンサレンズ２−２は、電子銃２−１の試料側すなわち電子銃２−１の下流側に設けられており、対物レンズ２−３は、コンデンサレンズ２−２の下流側で試料２−４のすぐ上流側に設けられている。このように配置された集束レンズとしてのコンデンサレンズ２−２と対物レンズ２−３は、電子銃２−１から放出された一次電子線を、試料面での画素寸法の２ないし３倍程度の寸法に絞り込んでいる。
【００３２】
走査偏向器２−１１は、コンデンサレンズ２−２のすぐ下流側に設けられている。走査偏向器２−１１は、制御装置２−１００により制御されており、制御装置２−１００からの指示を受けて、コンデンサレンズ２−２を通って所定寸法に絞り込まれた一次電子線を偏向し、これによって、一次電子線２−１３が試料２−４上でラスタ走査するようになっている。
【００３３】
一次光学系２−３０は、さらに、コンデンサレンズ２−２及び走査偏向器２−１１を通った一次電子線を、対物レンズ２−３を介して試料２−４の方向へ曲げるＥ×Ｂ分離器２−５を備えている。Ｅ×Ｂ分離器２−５は、電界と磁界を直交方向に形成し、電界と磁界を直交させた電磁偏向光学系のユニットである。電磁界を選択的に与えると、一方向からその場に入射する電子線を所定角度だけ偏向させることができ、その反対方向から入射する電子線を、電界から受けるカと磁界から受ける力の影響で所定角度だけ偏向させることができる。Ｅ×Ｂ分離器２−５は、コンデンサレンズ２−２及び走査偏向器２−１１を通った一次電子線２−１３を偏向して試料２−４上に垂直に照射し、試料２−４から放出される二次電子線２−１４を偏向して二次電子検出装置２−９に向けることができる。Ｅ×Ｂ分離器は、一次光学系２−３０に含めるように説明したが、二次光学系２−４０に含めてもよいし、一次光学系２−３０及び二次光学系２−４０の両方に含めてもよいし、一次光学系２−３０及び二次光学系２−４０のそれぞれに含めなくても良い。
【００３４】
一次電子線２−１３と試料面の法線２−Ａとのなす角が３αで、二次電子線２−１４と試料面の法線２−Ａとのなす角がαであるのは、Ｅ×Ｂ分離器２−５による色収差を小さくすることができるようにするためである。詳細については特許出願２０００―３３５７５６、及び国際特許出願ＰＣＴ／ＪＰ０１／０５４９４で述べられている。これらの出願は、参照されることにより、その全ての内容が本願に組み込まれるものとする。
【００３５】
二次光学系２−４０は、試料２−４から放出された二次電子線２−１４の軌道を調節して収差を小さくするための対物レンズ２−３と、二次電子線の像を拡大して検出面２−１６に結像させるための拡大レンズ２−６、２−７と、拡大レンズ２−６、２−７間に配置されたＮＡ開口２−１０と、拡大レンズ２−７と二次電子検出装置の検出面２−１６との間に配置された補正偏向器２−１２と、補正偏向器２−１２と二次電子検出装置の検出面２−１６との間に配置された収差低減開口２−８とを備えている。
【００３６】
対物レンズ２−３は、一次電子線２−１３を試料２−４の表面へ合焦させると共に、試料２−４からから放出される二次電子線２−１４をＥ×Ｂ分離器２−５に向けて細く集束させるものである。対物レンズ２−３の具体的な構造は、図５に示されている。対物レンズ２−３は、光軸２−１９上に中心決めされた環状のコイル２−２６をパーマロイコア２−２８で取り囲んでいる磁界レンズ２−２２と、該磁界レンズの中心軸線すなわち光軸２−１９に沿って配置されたパイプ状の円筒電極２−２０とを有する。磁界レンズ２−２２は、環状の形状をしており、その中心部分に空間部２−３２が形成されている。円筒電極２−２０は、磁界レンズ２−２２の空間部２−３２内で試料２−４側に配置されており、その一部が、磁界レンズ２−２２の下側磁極２−３４を越えて試料２−４側に向けて突出している。パーマロイコア２−２８は、その一部が磁界レンズ２−２２の上側磁極２−３６を構成している。環状のギャップ２−２４が、上側磁極２−３６の試料側に形成されている。このように、対物レンズ２−３は、ギャップ２−２４が光軸２−１９側にある通常の磁界レンズを備えている。対物レンズ２−３の軸上磁場分布２−２１は、ギャップ２−２４の中央部に最大値があり、試料２−４面では実質的に０になっている。試料２−４には第１の可変電圧源２−３８によって負の電圧が印加され、円筒電極２−２０には第２の可変電圧源２−３９によって正の高電圧が印加されている。そのため、試料２−４と円筒電極２−２０との間に電界が形成されている。したがって、試料２−４から放出された二次電子線は試料２−４と円筒電極２−２０とが作る電界で加速され、磁気レンズ２−２２で集束される時は高エネルギーになっている。そのため、対物レンズ２−３の軸上色収差係数は小さくなり、低収差になる。対物レンズ２−３は、一次光学系２−３０及び二次光学系２−４０の両方に含まれる。
【００３７】
拡大レンズ２−６、２−７は、それぞれ、電子線像を拡大する機能を備えた電子レンズから構成することができる。
ＮＡ開口２−１０は、拡大レンズ２−６、２−７の間に設けられており、試料２−４から大きい角度で放出された電子線を取り除いている。本実施態様では、試料２−４から垂直に放出された２次電子線は、対物レンズ２−３を通過後、光軸２−１９と交叉するので、その位置あるいはその共役面にＮＡ開口２−１０を設けることが好ましい。これによって、収差を必要な大きさに制御することができる。
【００３８】
補正偏向器２−１２は、制御装置２−１００によって制御されており、制御装置２−１００から指示を受けて、二次電子線２−１４の軌道を偏向し、二次電子線２−１４により形成される像が、常に収差低減開口２−８上に形成されるようにしている。より具体的には、補正偏向器２−１２は、制御装置２−１００から指示を受けて、試料２−４上で一次電子線を走査させる走査偏向器２−１１の作動に同期して作動しており、一次電子線の走査に同期して二次電子線の軌道を補正し、これにより、試料２−４上に走査された一次電子線２−１３のうち検出面２−１６の画素寸法に該当する試料部分から放出された二次電子線２−１４の像が、常に収差低減開口２−８上に形成されるようになっている。
【００３９】
収差低減開口２−８は、試料２−４から放出され拡大レンズ２−６、２−７を通った二次電子線のうち、二次電子検出装置２−９の検出面２−１６の画素寸法に該当する試料部分から放出された二次電子線だけを通過させるための開口である。収差低減開口２−８は、試料面での画素寸法と拡大レンズ２−３、２−６、２−７の拡大率との積に略等しい寸法を有する。ここで検出面２−１６の有効検出領域を開口２−８の寸法と等しくして開口２−８を省略することもできる。
【００４０】
制御装置２−１００は、一例として汎用的なパーソナルコンピュータ等から構成することができる。このコンピュータは、所定のプログラムに従って、走査偏向器２−１１、補正偏向器２−１２、及び二次電子検出装置２−９などを制御や演算処理を実行する制御部本体２−１４４と、この処理結果や２次電子画像等を表示するＣＲＴ２−１１３と、オペレータが命令を入力するためのキーボードやマウス等の入力部２−１５０と、を備えている。勿論、欠陥検査装置専用のハードウェア、或いは、ワークステーションなどから制御装置２−１００を構成してもよい。
【００４１】
制御部本体２−１４４は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成されている。制御部本体２−１４４には、記憶装置２−１５２が接続されている。記憶装置２−１５２は、例えば、ハードディスクから構成することができる。記憶装置２−１５２上には、二次電子検出装置２−９から受信した試料２−４の２次電子画像データを記憶するための２次電子画像記憶領域２−１５４、予め欠陥の存在しない試料の基準画像データを記憶しておく基準画像記憶部２−１５６が割り当てられている。更に、記憶装置２−１５２上には、電子線装置全体、特に走査偏向器２−１１、補正偏向器２−１２、及び二次電子検出装置２−９を制御する制御プログラム、試料の評価プログラム、試料に向けて照射される複数の１次電子線の位置、姿勢（回転状態）、又は電子線間距離に関して、設計値との間にずれが生じている場合に、当該ずれを較正ないしは修正するための制御プログラム２−１５８が格納されている。２次電子画像記憶領域２−１５４に記憶された試料２−２０の被走査面を表す画像データは、基準画像記憶部２−１５６に記憶された予め欠陥の存在しない試料の基準画像データと比較され、これにより、試料２−４の欠陥を検出するようになっている。
【００４２】
次に、本実施態様に係る電子線装置の全体的な作用を説明する。
電子銃２−１から、試料面の法線２−Ａに対して３αの角度方向に一次電子線２−１３を入射させ、該一次電子線をコンデンサレンズ２−２で絞り、Ｅ×Ｂ分離器２−５で試料２−４方向へ曲げる。さらに、対物レンズ２−３で、試料面での画素寸法の２〜３倍程度の寸法に一次電子線２−１３を絞り、試料２−４に入射させる。該一次電子線は、偏向器２−１１で試料２−４上をラスタ走査される。
【００４３】
試料２−４から±９０°以内の広い方向に放出された２次電子は、対物レンズ２−３が備える軸対称円筒２−２０と試料２−４とが作る２次電子の加速電界で加速され、さらに、磁界レンズ２−２２で集束され、２次電子軌道２−１４で示されるように細いビームとなって対物レンズ２−３を通過する。これにより、対物レンズ２−３の収差を小さくすることができる。対物レンズ２−３を通過した二次電子線２−１４は、Ｅ×Ｂ分離器２−５で試料面の法線２−Ａに対してαの角度方向に曲げられる。二次電子線は拡大レンズ２−６、２−７で拡大され、収差低減開口２−８上に拡大像が作られ、二次電子検出装置２−９の検出面２−１６の画素寸法に該当する試料部分から放出された二次電子線だけが収差低減開口２−８を通過する。制御装置２−１００は、補正偏向器２−１２を試料２−４上での一次電子線の走査に同期させて、試料２−４上に走査された一次電子線のうち検出面２−１６の画素寸法に該当する試料部分から放出された二次電子線の像が、常に収差低減開口２−８上に形成させるように補正する。収差低減開口２−８を通過した二次電子線は二次電子検出装置２−９で検出されＳＥＭ像を得る。ここで検出面２−１６の有効面積を開口２−８に一致させ、開口２−８を省略してもよい。
【００４４】
図６に画素と試料２−４上を走査される一次電子線外径２−１７との関係を示す。走査される一次電子線外径２−１７は、試料２−４上で、試料面での画素寸法より大きい寸法に集束されている。ＮＡ開口の寸法が妥当であれば、対物レンズ２−３の収差が十分小さくなり、二次電子検出装置２−９の検出面２−１６の画素領域に該当する試料部分２−１８から放出された二次電子線のみが収差低減開口２−８を通過し、該画素領域に該当する試料部分２−１８外から放出された２次電子は収差低減開口２−８で遮られて二次電子検出装置２−９に入射しない。そのため、走査される一次電子線は太いが、画素領域に該当する試料部分２−１８内の情報しか二次電子検出装置２−９に入らないので、解像度の良いＳＥＭ画像が得られる。
【００４５】
この場合のピクセル周波数及びフレーム時間を算出すると次の様になる。但し２次電子の透過率を２５％とした。
ピクセル    ビーム寸法  画素に含まれる  ピクセル    フレーム時間
サイズ                  ビーム電流      周波数
０．１μｍφ        ０．２μｍφ    １６×１００ｎＡ     ４００ＭＨｚ＊＊  ０．２５ｓｅｃ／ｍｍ２
０．０５μｍφ   ０．２μｍφ    ４００ｎＡ        １００ＭＨｚ      ４ｓｅｃ／ｍｍ２
０．０２５μｍφ    ０．２μｍφ    １００ｎＡ        ２５ＭＨｚ     ６４ｓｅｃ／ｍｍ２＊
１０ｎｍφ       ０．２μｍφ    １６ｎＡ          ４ＭＨｚ       ２．５×１０３ｓｅｃ／ｍｍ２＊＊＊
＊｛１ｍｍ２／（０．０２５×１０−３）２｝×｛１／（２５×１０６）｝
＝６４ｓｅｃ、
**１６×１００×０．２５ＭＨｚ＝４００ＭＨｚ
***｛１ｍｍ２／（０．０１×１０−３）２｝×｛１／（４×１０６）｝
＝２．５×１０３ｓｅｃ
上記表をＰ１３の表を比較することから理解できるように、従来の方式に比べて圧倒的に有利である。特に小ピクセルで有利である。
【００４６】
次に、本発明の第２の実施態様に係る電子線装置を図７に基づいて説明する。図７は、一次電子線をマルチビームから構成した、本発明の第２実施態様に係る電子線装置の概略図である。この電子線装置は、図７（ａ）に示されているように、一次電子線を放出する電子線源である電子銃２−４１と、一次電子線を試料２−５３上に案内して該試料２−５３を一次電子線で走査するための一次光学系２−４２と、試料２−５３から放出される二次電子線を検出する検出面２−６１を有する複数の二次電子線検出器を含む二次電子検出装置２−５９と、試料２−５３から放出される二次電子線の像を二次電子検出装置２−５９の検出面２−６１に案内して結像させるための二次光学系２−５４と、当該電子線装置を制御するための制御装置２−１００とを備えている。
【００４７】
電子銃１は、第一実施態様と同様の構成となっている。
一次光学系２−６２は、コンデンサレンズ２−４３、２−４４、２−４６と、マルチ開口２−４５と、ＮＡ開口２−４７と、走査用偏向器２−７７、２−７８と、対物レンズ２−５０とを備える。
【００４８】
マルチ開口２−４５はコンデンサレンズ２−４４のすぐ下流側に配置されている。該マルチ開口２−４５は、１６個の開口２−４５ａ、２−４５ｂ、２−４５ｃ―――から構成されており、電子銃２−４１から放出された一次電子線がマルチ開口２−４５を通ることにより、試料２−５３上を走査する１６個の一次電子線が形成される。マルチ開口２−４５に形成されている複数の開口は、試料２−５３上での座標ｘ―ｙに対して図７（ｂ）に示されたように角度θだけ回転方向にずらして配置されている。本実施態様においては開口は１６個だが、これに限定されることはない。
【００４９】
コンデンサレンズ２−４３、２−４４は、電子銃２−１の試料側すなわち電子銃２−１の下流側でマルチ開口２−４５の上流側に設けられている。このように配置されたコンデンサレンズ２−４３、２−４４により、電子銃２−１から放出された一次電子線を二段で集束して、マルチ開口２−４５を照射する一次電子線の照射領域を調節している。マルチ開口２−４５を通過した一次電子線は、複数の電子線、本実施態様においては１６個の電子線となる。
【００５０】
ＮＡ開口２−４７はコンデンサレンズ２−４５、２−４６の間に配置されており、ＮＡ開口２−４７に、マルチ開口２−４５を通過した一次電子線のクロスオーバー像が作られる。ＮＡ開口２−４７で収差が低減されるようになっている。ＮＡ開口２−４７に形成されたクロスオーバー像は、対物レンズ２−５０の主面に結像される。
【００５１】
コンデンサレンズ２−４６はＮＡ開口２−４７の下流側に配置され、対物レンズ２−５０は試料２−５３のすぐ上流側に設けられている。コンデンサレンズ２−４６は、ＮＡ開口２−４７に形成されたクロスオーバ像を、対物レンズ主面に、１６個の一次電子線の各々が試料面での画素寸法の２ないし３倍程度の寸法となる様に集束させる。
【００５２】
走査偏向器２−７７、２−７８は、コンデンサレンズ２−４６の下流側に二段に設けられている。走査偏向器２−７７、２−７８は、制御装置２−１００により制御されており、制御装置２−１００からの指示を受けて、コンデンサレンズ２−４６を通って所定寸法に絞り込まれた一次電子線を偏向し、これによって、一次電子線が試料２−５３上でＸ軸方向にラスタ走査させるようになっている。一方、試料台がＹ軸方向に連続移動されることにより、一次電子線は二次元走査される。
【００５３】
一次光学系２−４２は、さらに、走査偏向器２−７８を通った１６個の一次電子線を、対物レンズ２−５０を介して試料２−５３の方向へ曲げるＥ×Ｂ分離器２−４８、２−４９を備えている。Ｅ×Ｂ分離器２−４８、２−４９の構成、作用、及び機能は第一実施態様と同様である。Ｅ×Ｂ分離器２−４８、２−４９と試料２−５３間は、一次電子線及び二次電子線の両方が共通に通る光路となる。
【００５４】
一次電子線と試料面の法線２−Ａとのなす角が３αで、二次電子線と試料面の法線とのなす角がαであるのは、第一実施態様と同様である。
二次光学系２−５４は、一次電子線の数と等しい数だけ試料２−５３から放出された１６個の二次電子線の軌道を調節して収差を小さくするための対物レンズ２−５０と、二次電子線の像を拡大して検出面２−６１に結像させるための拡大レンズ２−５５、２−５６と、拡大レンズ２−５５、２−５６のそれぞれ下流側に配置された補正偏向器２−７９、２−８０と、拡大レンズ２−５６と偏向器２−８０との間に配置されたＮＡ開口２−７４と、二次電子検出装置２−５９の手前に配置されたマルチ開口２−５８とを備えている。
【００５５】
対物レンズ２−５０は、一次電子線を試料２−５３の表面へ合焦させると共に、試料２−５３からから放出される二次電子線をＥ×Ｂ分離器２−４９に向けて細く集束させるものであり、その構造は、図５に示した第一実施態様の対物レンズ２−３と同様である。対物レンズ２−５０は、一次電子線と二次電子線の両方が通過する。
【００５６】
拡大レンズ２−５５、２−５６の機能については、第一実施態様と同様である。
ＮＡ開口２−７４は、試料２−５３の法線に対して大きい角度で放出された電子線を取り除いている。これによって、収差を必要な大きさに制御することができる。ＮＡ開口２−７４は収差をさらに低減する必要のない場合は省略することもできる。
【００５７】
補正偏向器２−７９は、制御装置２−１００によって制御されており、制御装置２−１００から指示を受けて、二次電子線の軌道を偏向し、二次電子線により形成されるクロスオーバ像が、常にＮＡ開口２−７４上に形成されるようにしている。より具体的には、補正偏向器２−７９は、制御装置２−１００から指示を受けて、試料２−５３上で一次電子線を走査させる走査偏向器２−７７、２−７８の作動に同期して作動しており、一次電子線の走査に同期して二次電子線の軌道を補正し、二次電子線により形成されるクロスオーバ像が常にＮＡ開口２−７４上に形成されるようになっている。
【００５８】
補正偏向器２−８０も、同様に、制御装置２−１００によって制御されており、制御装置２−１００から指示を受けて、二次電子線の軌道を偏向し、ＮＡ開口２−７４を通過した二次電子線の像が、常に対応する検出器２−６０前のマルチ２−５８上に形成されるようにしている。より具体的には、補正偏向器２−８０も、同様に、制御装置２−１００から指示を受けて、試料２−５３上で一次電子線を走査させる走査偏向器２−７７、２−７８の作動に同期して作動しており、一次電子線の走査に同期して二次電子線の軌道を補正し、ＮＡ開口２−７４を通過した二次電子線の像が常に検出器２−６０前の対応するマルチ開口２−５８上に形成されるようになっている。
【００５９】
検出器２−６０前のマルチ開口２−５８は、試料２−４から放出され拡大レンズ２−３、２−６、２−７を通った二次電子線のうち、試料面での検出面２−１６の画素寸法に該当する試料部分から放出された二次電子線だけを通過させるための開口である。検出器２−６０前のマルチ開口２−５８のそれぞれの開口は、検出器２−６０の対応する試料面での画素寸法と拡大レンズ２−５０、２−５５、２−５６の拡大率との積に略等しい寸法を有する。
【００６０】
マルチ開口２−５８は、複数の一次電子線に対応して複数個ある。本実施態様においては、電子銃２−１の下流側に設けられたマルチ開口２−４５により、１６個の一次電子線が形成されていることから、これに対応して、図７（ｃ）に示されているように、マルチ開口２−５８は１６個の開口２−５８ａ、２−５８ｂ、２−５８ｃ―――から形成されている。また、マルチ開口２−４５と同様に、角度θだけ回転方向にずらして配置されている。マルチ開口２−５８は、一次電子線の試料２−５３上での１６個の照射点から放出される１６個の二次電子線が、拡大レンズ２−５０、２−５５、２−５６を通って形成される１６個の拡大像に相当する位置に設けられている。
【００６１】
二次電子検出装置２−５９は、複数の二次電子検出器２−６０からなっている。より具体的には、二次電子検出装置２−５９は、１６個の一次電子線に対応した１６個の二次電子検出器２−６０ａ、２−６０ｂ、２−６０ｃ―――を備えている。二次電子検出器２−６０ａ、２−６０ｂ、２−６０ｃ―――は、マルチ開口２−５８の１６個の開口２−５８ａ、２−５８ｂ、２−５８ｃ―――に、それぞれ、対応して配置されている。二次電子検出器は互いに独立しており、それぞれ、検出面２−６１ａ、２−６１ｂ、２−６１ｃ―――を有している。検出面２−６１ａ、２−６１ｂ、２−６１ｃ―――は、それぞれ、対応する開口２−５８ａ、２−５８ｂ、２−５８ｃ―――に対向して配置されている。試料２−５３から放出された１６個の二次電子線は、それぞれ対応するマルチ開口２−５８の開口を通過し、対応する二次電子線検出器２−６０で検出される。図７（ａ）では、１本の二次電子線が開口２−５８ｃだけを通過するようにしか示されていないが、これは、本実施態様の内容を明瞭に示すために、他の１５本の二次電子線は省略してある。すなわち、試料面２−５３の像がマルチ開口２−５８の面上に形成されている。従って、２−４５ａの像が２−５８ａに２−４５ｂ、２−４５ｃ、２−４５ｄ―――の像が２−５８ｂ、２−５８ｃ、２−５８ｄ―――に形成される。
【００６２】
制御装置２−１００は、第一実施態様と同様である。
次に、本実施態様に係る電子線装置の全体的な作用を説明する。
電子銃２−１から、試料面の法線に対して３αの角度方向に一次電子線を入射させ、該一次電子線をコンデンサレンズ２−４３、２−４４の二段でマルチ開口２−４５に適当に照射されるように拡大する。複数の開口からなるマルチ開口２−４５を通過した複数の一次電子線は、ＮＡ開口２−４７でクロスオーバー像を作り、コンデンサレンズ２−４６で集束され、Ｅ×Ｂ分離器２−４８、２−４９で試料２−５３方向へ曲げる。複数の一次電子線は、対物レンズ２−５０により、さらに、各々が試料上での画素寸法の２ないし３倍程度の寸法になるように集束され、試料２−５３に入射させる。該一次線は、走査用偏向器２−７７、２−７８により、Ｘ軸方向にラスタ走査される。マルチ開口２−４５が図８（ａ）のように配置されている場合は、ラスタ走査は図８（ｂ）で示されているように行われ、一回の走査当り１６画素×走査幅分の効率の良い走査が実現している。
【００６３】
試料２−５３から±９０°以内の広い方向に放出された二次電子線は、第一実施態様と同様に細い電子線となって対物レンズ２−４９を通過する。これにより対物レンズ２−５０の収差を小さくすることができる。対物レンズ２−４９を通過した二次電子線は、Ｅ×Ｂ分離器２−４８、２−４９で試料面の法線２−Ａに対してαの角度方向に曲げられる。二次電子線は拡大レンズ２−５５、２−５６で拡大され、補正偏向器２−７９で軌道を偏向され、ＮＡ開口２−７４上にクロスオーバー像が作られる。ＮＡ開口２−７４を通過した二次電子線は、偏向器２−８０で軌道を偏向され、検出器２−６０前のマルチ開口２−５８上に拡大像が作られ、二次電子検出装置２−５９の検出面２−６１の画素寸法に相当する試料部分から放出された二次電子線だけが検出器２−６０前のマルチ開口２−５８を通過する。これにより、収差が取り除かれる。１６本の二次電子線は、補正偏向器２−７９、２−８０で偏向されて、該検出器２−６０前のマルチ開口２−５８の対応する開口を同時に通過し、対応する検出器２−６０で検出される。そして、各検出器２−６０からの出力信号は制御装置２−１００に送られ、制御装置２−１００は、各検出器２−６０からの出力信号基づいて、ＳＥＭ像を形成する。このとき、マルチビームのビーム位置に対応して位置補正が行われ、１６本の検出器から一枚のＳＥＭ画像が作られる。二次光学系のＮＡ開口が省略される場合には、対物レンズとしてギャップが試料側にある図９に示した構造のレンズを使うことができる。この場合は軸上磁場が試料上で０ではないので、二次電子の主光線が光軸と交わらなく、開口を置けない。この場合は、検出器前面の開口寸法を小さくすることで収差を小さくする必要がある。
【００６４】
図７の対物レンズ２−５０の具体的構造は図５の構造でも良いが、図９の構造も取ることができる。対物レンズ２−５０の光軸と３αの角度から一次電子線を入射させ、Ｅ×Ｂ分離器２−４８、２−４９で光軸と一致する様偏向し、対物レンズ２−５０で試料２−５３に複数のビームを形成し、試料２−５３から放出された二次電子をそれぞれ細く集束し、Ｅ×Ｂ分離器２−４８、２−４９の偏向主面近傍に複数の二次電子像を形成する。Ｅ×Ｂ分離器の静電偏向器２−４８で−α方向に偏向され、電磁偏向器２−４９で＋２α方向偏向され、トータルα方向の偏向が残る。α方向に二次電子光学系２−５４が配置される。一次電子の二段目の偏向器２−７８は、図９の２−５１に設けてもよい。２−５１は静電偏向器を用いるのがよい。２−５２は正の電圧が印可される軸対称円板である。レンズギャップ２−６４は試料側に開いていて、キャップ面と光軸との角度θ１、θ２共に４５°より大きい角度がよい。
【００６５】
次に第３の発明に係る実施例を説明する。
第３の発明に係る実施例は、最小線幅０．１μｍ以下の微細なパターンを有する試料の欠陥検査と欠陥レビューを高スループットで行う電子線装置に関し、さらにその様な電子線装置を用いるデバイス製造方法に関するものである。
【００６６】
電子線装置においては、欠陥検出装置による試料の検査を元に、導通不良欠陥の発生原因を特定することにより、プロセス条件の改善に活用したり、欠陥ウエハの選別を行う。このように、導通不良欠陥の発生原因を特定するためには、導通不良欠陥の状態を詳細に把握する必要があり、そのためには、導通不良欠陥個所の画像を確認すること、すなわち導通不良欠陥レビューが有効となる。
【００６７】
従来、欠陥検出装置は高スループットが要求されるため大きいビーム電流を必要とし、そのため解像度を犠牲にした電子光学系が使われる。一方、欠陥レビュー装置は高解像度が要求されるためビーム電流を犠牲にした電子光学系が使われる。このように両装置は使用するビームが異なるため、欠陥検出及び欠陥レビュー両者の欠陥評価を同時に行える装置はほとんど無かった。
【００６８】
欠陥検査装置と欠陥レビュー装置との２台をクリーンルームに入れると大きい床面積が必要となるという問題点が生ずる。さらに欠陥検出装置で欠陥を検出した後、その欠陥を別の欠陥レビュー装置で探す必要があるため、ロスタイムが大きいという問題点もある。本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、小さい床面積で、且つ、欠陥検出、欠陥レビューを一貫して行える装置を提供することを目的とする。さらに、その様な装置を用いるデバイス製造方法を提供する事を目的とする。
【００６９】
前記目的を解決するために、本発明は、電子線装置であって、
前記電子線装置は、
電子銃と、
前記電子銃から放出された一次電子線を、欠陥検出をおこなう複数の欠陥検出用一次電子線を形成するための複数の欠陥検出用一次電子線を形成する開口（欠陥検出用開口と略称する）と、
前記電子銃から放出された一次電子線を、欠陥レビューをおこなう少なくとも１つの欠陥レビュー用一次電子線を形成するための少なくとも１つの欠陥レビュー用一次電子線を形成する開口（以下、欠陥レビュー用開口と略称する）とを備え、
前記欠陥レビュー用開口は、その寸法において、前記欠陥検出用開口よりも小さく、これによって、前記欠陥レビュー用一次電子線を前記欠陥検出用一次電子線よりも細くすることができ、
前記電子線装置は、また、
前記欠陥検出用開口又は前記欠陥レビュー用開口の一方を通過した、前記欠陥検出用一次電子線又は前記欠陥レビュー用一次電子線を縮小し試料に集束させる対物レンズと、
試料から放出された二次電子線を偏向させる分離器と、
該偏向された二次電子線を検出する二次電子検出器とを備え、
前記欠陥検出用開口又は前記欠陥レビュー用開口を選択して、関連する前記欠陥検出用一次電子線又は前記欠陥レビュー用一次電子線を使用することにより、欠陥検出及び欠陥レビューを行うことができる電子線装置を提供するものである。
【００７０】
また、前記電子線装置において、
前記欠陥検出用開口と前記欠陥レビュー用開口は、１つの開口板に設けられていてもよい。
【００７１】
また、前記電子線装置において、
前記欠陥検出用開口と前記欠陥レビュー用開口は、それぞれ、別体の開口板に設けられていてもよい。
【００７２】
第３の発明に係る実施例によれば、試料の欠陥レビューと欠陥検出を同じ装置で行うことができるため、クリーンルームの床面積を小さくすることができるという効果を奏する。また、欠陥検出装置で欠陥を検出した後、その欠陥を別の欠陥レビュー装置で探すというような作業が不要となるため、ロスタイムが小さくなり、試料のロード・アンロードの時間及びレジストレーション時間を半減することができるという効果を奏する。
【００７３】
次に、第３の発明の実施例に係る電子線装置の概要を説明する。
図１０は本発明の実施形態にかかる電子線装置の概略図である。本実施態様の電子線装置は、一次電子線を試料上に案内して該試料を前記一次電子線で走査するための一次光学系と、試料から放出される二次電子線を検出するための二次光学系とを備えている。
【００７４】
一次光学系は、一次電子線を放出する電子銃３−１と、電子銃３−３２から放出された一次電子線を欠陥検出を行う複数の欠陥検出用一次電子線にするための複数の欠陥検出用開口３−２１と、電子銃３−３２から放出された一次電子線を欠陥レビューを行う少なくとも１つの欠陥レビュー用一次電子線にするための少なくとも１つの欠陥レビュー用開口３−２２と、軸合せ偏向器３−７、３−９、３−１０、３−１３と、コンデンサレンズ３−８と、ＮＡ開口３−１１と、縮小レンズ３−１２と、一次電子線を試料３−２０上を走査させるための走査偏向器３−１４、３−１７と、一次電子線を縮小し試料３−２０上に集束させる対物レンズ３−１８とを備えている。
【００７５】
電子銃３−３２は、Ｚｒ０／Ｗカソードを加熱するＷフィラメント３−１、ショットキーシールド３−２、及び第１、第２、第３アノード３−３、３−４、３−５からなる。カソードは、Ｚｒ０／Ｗ、ＬａＢ６及び遷移金属の炭化物、ショットキーカソードの少なくとも１つから構成され、本実施形態においてはＺｒ０／Ｗで構成されている。ＴａＣ等の遷移金属の炭化物で構成される場合は、光軸３−３３を中心としたその周囲に沿って、４方向あるいは８方向に電子線が放出される。ＬａＢ６の場合はエミッタンスが大きいので光軸付近に多くのマルチビームを作ることができる。
【００７６】
複数の欠陥検出用開口３−２１と少なくとも１つの欠陥レビュー用開口３−２２は、第３アノードの後方、すなわち下流側に配置されている。本実施形態においては、欠陥検出用開口３−２１は光軸３−３３からはずした位置で、周方向に沿って対称な４カ所の位置に設けられており、欠陥レビュー用開口３−２２は光軸３−３３からはずした位置の１カ所に設けられている。また、欠陥検出用開口３−２１と欠陥レビュー用開口３−２２は、図１１に示されているように、１つの開口板３−６に設けられている。しかしながら、欠陥検出用開口３−２１のみを開口板３−６に設け、欠陥レビュー用開口３−２２を別体の図示しない開口板に設けるようにしてもよい。欠陥レビュー用開口３−２２は、その寸法において、欠陥検出用開口３−２１よりも小さく、これによって、欠陥レビュー用一次電子線を欠陥検出用一次電子線よりも細くすることができる。さらに、その寸法において、欠陥レビュー用一次電子線の寸法が前記欠陥検出用一次電子線の寸法の半分以下となるようにしてもよい。本実施形態においては、欠陥検出用開口３−２１は３０μｍφの大きさを有し、ガスが抜けにくいため真空コンダクタンスが小さく、電子銃室を高真空に保つ機能も有している。
【００７７】
開口板３−６は、光軸３−３３に対して交差する方向に移動できるように電子線装置の筐体（図示せず）に取り付けられている。即ち、図１３で示すように、開口板３−６はベローズ３−３５の一端に真空内で固定されていて、ベローズ３−３５の他端がベローズ３−３５取り付け金具を介して真空壁３−３６に固定されている。ベローズ３−３５の一端は一軸方向に移動可能にするためのアクチュエータに取り付けられている。したがって、開口板３−６の点Ａが光軸３−３３と一致するように開口板３−６を移動させることで、電子銃３−３２からの一次電子線を欠陥検出用開口３−２１にのみ照射することができる。開口板３−６の点Ｂが光軸３−３３と一致するように開口板３−６を移動させることで、電子銃３−３２からの一次電子線を欠陥レビュー用開口３−２２にのみ照射することができる。試料３−２０の欠陥検出を行うときは開口板３−６の点Ａが光軸３−３３と一致するように開口板３−６を移動させ、欠陥が検出されて欠陥レビューを行うときは開口板３−６の点Ｂが光軸３−３３と一致するように開口板３−６を移動させる。電子線装置の筐体には、外部から電子線装置内の状況を見ることができるモニターが設けられている。これにより、オペレーターは、該モニターを通して、真空外部から一次電子線を見ながら、電子銃３−３２からの一次電子線を欠陥検出用開口３−２１にのみ照射するか、あるいは、欠陥レビュー用開口３−２２にのみ照射するかを、選択することができる。すなわち、欠陥検出用開口３−２１を選択すれば検出用一次電子線を使用して欠陥検出を行うことができ、欠陥レビュー用開口３−２２を選択すれば欠陥レビュー用一次電子線を使用して欠陥レビューを行うことができる。本実施形態においては、オペレーターが手動で開口板を移動させることができるようにしたが、アクチュエータを用いて開口板を移動させるようにしてもよい。欠陥検出用開口３−２１と欠陥レビュー用開口３−２２とをそれぞれ別体の開口板に設けるようにした場合は、開口板を取り替えることで所望する開口を電子線装置内に配置することができる。
【００７８】
コンデンサレンズ３−８は、開口板３−６より試料３−２０側すなわち下流側に設けられており、さらにコンデンサレンズ３−８の下流側にＮＡ開口３−１１が設けられている。欠陥検出用開口３−２１または欠陥レビュー用開口３−２２を通過した一次電子線は、コンデンサレンズ３−８によりＮＡ開口３−１１にクロスオーバを作る。ＮＡ開口３−１１は、図１２に示しているように、クロスオーバー寸法３−３１より十分大きい正方形の開口にするとクロスオーバー寸法を測定し易く、また、クロスオーバー位置が振動・ドリフトしても一次電子線の強度変動は生じない。開口角はクロスオーバー直径で決まるのでビーム電流と解像度の制御はＮＡ開口を交換しなくても可能となる。
【００７９】
縮小レンズ３−１２は、ＮＡ開口３−１１の下流側に配置され、ＮＡ開口３−１１を通過したクロスオーバを拡大して、対物レンズ３−１８の主面に結像する。縮小レンズ３−１２の励磁条件は、４本の欠陥検出用一次電子線が試料３−２０に集束された時の収差が小さくなるように決められている。
【００８０】
走査偏向器３−１４、１３−７は、縮小レンズ３−１２の下流に配置され、一次電子線を偏向させて試料３−２０上を走査させる。
対物レンズ３−１８は、偏向器３−１７の下流に配置され、一次電子線を縮小し試料３−２０上に集束させる。
【００８１】
軸合せ偏向器３−７は開口板３−６とコンデンサレンズ３−８との間に、軸合わせ偏向器３−９、３−１０はコンデンサレンズ３−８とＮＡ開口３−１１との間に、軸合せ偏向器３−１３は縮小レンズ３−１２と走査偏向器３−１４との間に配置され、コンデンサレンズ３−８、ＮＡ開口３−１１、対物レンズ３−１８それぞれへの一次電子線の軸合せを行う。
【００８２】
二次光学系は、二次電子線を加速させる軸対称電極３−１９と、加速された二次電子線を集束させる対物レンズ３−１８と、試料３−２０から放出された二次電子線を偏向させるＥ×Ｂ分離器３−１５、３−１６と、拡大レンズ３−２３、３−２４と、軸合せ偏向器３−２７、３−２８と、開口３−２５と、二次電子線を検出する二次電子検出器３−２６とを備える。
【００８３】
軸対称電極３−１９は、試料３−２０より少し二次電子検出器３−２６側に配置され、試料３−２０に印加された負の電圧と軸対称電極３−１９とが作る電界によって、試料３−２０から放出される二次電子線を加速する。
【００８４】
Ｅ×Ｂ分離器３−１５、３−１６は、対物レンズ３−１８とともに軸対称電極３−１９と拡大レンズ３−２３との間に配置されている。Ｅ×Ｂ分離器３−１５、３−１６は、電界と磁界を直交方向に形成し、電界と磁界を直交させた偏向光学系のユニットである。電磁界を選択的に与えると、一方向からその場に入射する電子線を所定角度だけ偏向させることができ、その反対方向から入射する電子線を、電界から受けるカと磁界から受ける力の影響で前者と異なる値の所定角度だけ偏向させることができる。Ｅ×Ｂ分離器３−１５、３−１６は、試料３−２０から放出される二次電子線を偏向して二次電子検出装置３−２６に向けることができる。
【００８５】
拡大レンズ３−２３、３−２４は、Ｅ×Ｂ分離器３−１５、３−１６と開口３−２５との間に配置され、二次電子線の像を拡大して、二次電子検出器３−２６の前面の開口３−２５に拡大像を作る。二次光学系の収差はほとんど対物レンズ３−１８で決まるため、拡大レンズ３−２３、３−２４は、静電レンズで構成されている。
【００８６】
開口３−２５は、二次電子検出器３−２６の手前に配置されている。開口３−２５には、欠陥検出用開口３−２１に対応する４個の穴が設けられており、二次電子線の拡大像が作られる。
【００８７】
軸合せ偏向器３−２７、３−２８は、それぞれ拡大レンズ３−２３、３−２４の二次電子検出器３−２６側に配置され、拡大レンズ３−２４、開口３−２５への二次電子線の軸合せを行う。
【００８８】
二次電子検出器３−２６は、シンチレータとホトマルチプライヤー（光電子増倍管）などで構成されており、開口３−２５を通過した４つの二次電子線を検出し、該二次電子線を対応する４つのアナログ信号に変換する。
【００８９】
二次電子検出器３−２６は、Ａ／Ｄコンバータ３−２９を介して、画像形成回路３−３０に接続されている。二次電子検出器３−２６から出力された４つのアナログ信号は、Ａ／Ｄコンバータ３−２９でデジタル信号に変換され、画像形成回路３−３０で４チャンネルのＳＥＭ画像が形成される。画像形成回路３−３０は、上述した制御装置３−１００と同様に構成されており、上記４チャンネルのＳＥＭ画像を、予め欠陥の存在しない試料の基準画像データと比較し、これにより、試料の欠陥を検出し、試料に欠陥が存在した場合に、欠陥の座標を記憶するようになっている。また、同じダイの同種類のセル部同志の画像を比較するセルｔｏセルの検出方法や、異なるダイの同じパターン部を比較するダイｔｏダイの検出方法を採ることもできる。
【００９０】
次に、本実施形態に係る電子線装置の全体的な作用を説明する。
欠陥検出においては、電子銃３−３２から放出された一次電子線は、欠陥検出用開口３−２１に照射され、４本の欠陥検出用一次電子線を形成する。電子銃３−３２からは、光軸方向へ一次電子線が放出されると共に、光軸の周囲で該光軸に沿って複数の一次電子線が放出される。光軸方向へ放出された一次電子線は開口板３−６によって遮蔽され、光軸の周囲に沿って放出された複数の一次電子線のみが欠陥検出用開口３−２１を通過し、上述した４本の欠陥検出用一次電子線が形成される。欠陥検出用開口３−２１は３０μｍφの大きさを有し、この穴を通過した欠陥検出用一次電子線はコンデンサレンズ３−８、縮小レンズ３−１２及び対物レンズ３−１８で縮小され、５０ｎｍφの４本の小寸法の欠陥検出用一次電子線が試料３−２０上に作られる。この４本の欠陥検出用一次電子線を走査偏向器３−１４、３−１７で２段偏向することにより試料上をラスター走査させ、試料３−２０の欠陥検査を行う。電子銃３−１から放出される４方向の一次電子線は光軸方向へ放出される一次電子線よりはるかに電流が大きいので、５０ｎｍのビーム径で４００ｎＡ程度のビーム電流が得られる。そのため、欠陥検出用一次電子線はピクセル周波数を４００ＭＨｚで、試料３−２０上を走査できる。１００ｎＡのビーム電流で１００ＭＨｚのピクセル周波数だと、ピクセル当たりの電子数が４０５０個となり、十分なＳ／Ｎ比の信号が得られている。４倍のビーム電流だと４倍の周波数で走査しても同じＳ／Ｎの比の信号が得られる。さらに、４本の一次電子線を用いるためＳＥＭ画像が４チャンネル分得られるので、等価周波数が１．６ＧＨｚ（４００ＭＨｚ×４）の走査速度で欠陥検査が行える。４本の欠陥検出用一次電子線が試料３−２０を走査したときに試料３−２０の４つの走査点から放出された二次電子線はそれぞれ、試料に印加された負の電圧と電磁レンズ３−１８の下に配置された軸対称電極３−１９とが作る電界によって加速され、それぞれが細いビームに集束されて対物レンズ３−１８を通過し、Ｅ×Ｂ分離器３−１５、３−１６で偏向され、二次光学系へ導かれる。二次電子線は２段の拡大レンズ３−２３、３−２４で拡大されて４つの穴からなる開口３−２５に拡大像を作り、これらの開口３−２５を通過した二次電子線が二次電子検出器３−２６で検出され、画像形成回路３−３０で４チャンネルのＳＥＭ画像が作られる。このとき、４本の欠陥検出用一次電子線の位置があらかじめ実測されており、この実測値は画像形成回路３−３０に予め入力されている。画像形成回路３−３０は、それらの欠陥検出用一次電子線位置の互いのズレを補正する形で４つのＳＥＭ画像を合成する。この画像を形成するとき、走査信号が画像形成回路３−３０に入力され、これによって、４つのＳＥＭ画像の合成が可能となっている。拡大レンズ３−２３への二次電子線の軸合せはＥ×Ｂ分離器３−１５、３−１６で行われ、レンズ３−２４への軸合せは軸合せ偏光器３−２７で行われ、開口３−２５への軸合せは軸合せ偏向器３−２８で行われる。拡大レンズ３−２３、３−２４は静電レンズで構成されているため、二次光学系は、軽くなり、一次光学系のように鉛直ではないが振動は発生しない。画像形成回路３−３０は、４チャンネルのＳＥＭ画像を、予め欠陥の存在しない試料の基準画像データと比較し、これにより、試料の欠陥を検出する。
【００９１】
欠陥検出が試料３−２０全体について完了すると、画像形成回路３−３０は、その欠陥の座標を記憶する。この情報をもとに、オペレーターは、開口板３−６の点Ｂが光軸３−３３と一致するように開口板３−６を移動させ、電子銃３−３２からの一次電子線が欠陥レビュー用開口３−２２にのみ照射するようにする。
【００９２】
次いで、欠陥の座標情報をもとに、試料３−２０の欠陥の位置に欠陥レビュー用一次電子線が順次位置合せされ、ステージを止めて欠陥レビューが行われる。欠陥レビューは、欠陥検出と同様の手順で行われるが、上述したように異なる一次電子線を使用する。欠陥レビューを行う際には、電子銃３−３２から放出された一次電子線を欠陥レビュー用開口３−２２に照射させる。欠陥レビューにおいては、画像取得の時間より、ステージ移動の時間の方が大部分を占めるので、１本の欠陥レビュー用電子線でも十分速やかに二次元像が得られる。そのため、本実施形態においては欠陥レビュー用開口３−２２は１つの穴から構成させている。しかし、条件によっては、欠陥レビュー用開口３−２２を４つの穴から構成させ、４本の欠陥レビュー電子線を使用することもできる。欠陥レビューの際は二次電子検出器３−２６の画素寸法を２５ｎｍピクセル以下にする必要がある。当然欠陥レビュー電子線のビーム寸法も２５ｎｍ以下にする必要がある。１本の欠陥レビュー電子線を使用する場合、４つの検出器３−２６のうちの一つを使用する。欠陥レビュー用開口３−２２を４つの穴から構成する場合、４つの穴のそれぞれの寸法を、欠陥検出用開口３−２１の４穴の１／２以下の寸法にすると、レンズ条件を変えないでビーム寸法を変えられるので好都合である。
【００９３】
例えば、欠陥レビューにおいて、１０μｍ角のＳＥＭ画像を１００ＭＨｚで取得すると、その所要時間Ｔは、ピクセル寸法を２５ｎｍ角としても
Ｔ＝｛１０μｍ×１０μｍ／（２５×１０−３）２｝×１０−８ｓｅｃ
＝１．６×１０−３ｓｅｃ
となり、ステージ移動（１００〜５００ｍｓ）の方がはるかに長時間を必要とする。従って、この場合は４本の欠陥レビュー電子線を使用する必要がなく、本実施形態の様に１本の欠陥レビュー電子線で走査できる。
【００９４】
しかし、ビーム寸法を１０ｎｍφにし、ピクセル寸法を１０ｎｍ角とすると、５０ｎｍのビーム径で４００ｎＡ程度のビーム電流が得られることから、ビーム電流は４００ｎＡ×（１０／５０）４＝０．６４ｎＡに減る。その結果、１本の欠陥レビュー電子線は１００ＭＨｚのピクセル周波数で走査できず、０．６４ＭＨｚの周波数でしか走査できなくなる。すると１０μｍ角のＳＥＭ像を得るのに、その所要時間Ｔは
Ｔ＝｛１０μｍ×１０μｍ／（１０×１０−３）２｝×｛１／０．６４×１０−６｝ｓｅｃ＝１．５６ｓｅｃ
となり、ステージ移動時間を上回る。このような場合は４穴の欠陥レビュー用開口、但し穴径は１／４のものを使用して、４本の欠陥レビュー用電子線で走査させればよい。その場合は、Ｔは０．３９ｓｅｃとなり、ステージ移動と同程度になる。
【００９５】
次に、第４の発明に係る実施例を説明する。
第４の発明の実施例は、一次電子線を試料に照射し、試料から放出される二次電子等を写像光学系で結像させ試料像を形成する電子線装置に関するものである。
【００９６】
従来、写像光学系を用いた電子線装置においては、一次電子線を試料面の法線に対して斜め方向から入射させ、Ｅ×Ｂ分離器で法線方向に曲げ、試料に照射していた。
しかし、このような電子線装置においては、Ｅ×Ｂ分離器による二次電子線の色収差の増加、斜めに取り付ける一次光学系のバランスの悪さ、電子銃の輝度とエミッタンスが有限であることと一次電子線の空間電荷により二次電子線がボケルこととによる照射量の上限、等の問題点があった。
【００９７】
第４の発明に係る実施例は、上記の問題点を解決するためのものであり、照射量の制限がなく、一次光学系が不要で、Ｅ×Ｂ分離器による偏向色収差の無い電子線装置を提供することを目的とする。
【００９８】
前記目的を解決するために、本発明は、電子線装置であって、
ホロービームからなる一次電子線を先端から放出するリング状のカソードと、前記カソードから放出された前記ホロービームの方向を制御するアノード及びウェーネルトとを有する電子銃と、
前記電子銃から放出された前記ホロービームを集束して試料上に照射するためのレンズとを備え、
前記試料から放出される二次電子あるいは後方散乱電子を前記レンズで像形成させる電子線装置を提供するものである。
【００９９】
また、前記電子線装置は、
前記アノードは、接地された内側アノードと電圧が印加される外側アノードとを有し、
前記カソードは、前記レンズの焦点距離を決めるレンズ条件及び一次電子線の放出方向を決める前記電子銃の照射条件を変えることにより、一次電子線が試料の光軸上に入射され、且つ、前記試料から放出される二次電子及び後方散乱電子が結像されるような位置に置かれ、
前記レンズのレンズ条件は、前記レンズに印加する電圧を変えることにより制御することができ、
前記電子銃の照射条件は、前記外側アノードに印加される電圧を変えることにより制御することができるようにしてもよい。
【０１００】
また、前記電子線装置は、
前記レンズは複数段のレンズで構成され、
前記電子銃は前記複数段のレンズの間に設けるようにしてもよい。
【０１０１】
また、前記目的を解決するために、本発明は、電子銃であって、
ホロービームからなる一次電子線を先端から放出するリング状のカソードと、前記カソードから放出された前記ホロービームの方向を制御するアノード及びウェーネルトとを備える電子銃において、
前記カソードは、カソード材料をパイプ状に形成したものであり、その外側から加熱されることによりその端面から一次電子線が放出され、
前記アノードは、内側アノードと外側アノードを有し、
前記ウェーネルトは、内側ウェーネルトと外側ウェーネルトを有し、
前記内側アノード及び内側ウェーネルトは前記カソードに対して内側に設けられ、前記外側アノード及び外側ウェーネルトは前記カソードに対して外側に設けられおり、
前記内側アノードと前記外側アノードとを互いに絶縁し前記内側アノードと前記外側アノードとの間の電位差を変えることによって、又は、
前記内側ウェーネルトと前記外側ウェーネルトとを互いに絶縁し前記内側ウェーネルトと前記外側ウェーネルトとの間の電位差を変えることによって、前記ホロービームと光軸との間の角度を調整する電子銃を提供するものである。
【０１０２】
第４の発明に係る実施例によれば、Ｅ×Ｂ分離器が必要ないため、Ｅ×Ｂ分離器による二次電子線の色収差の増加を防げるという効果を奏する。また、一次光学系は不要で、リング状カソードからなる電子銃を使用するため、一次光学系を斜めに取り付けることによるバランスの悪さという不利益を回避でき、安定性を確保できる。そして、リング状カソードからなる電子銃は、高輝度及び高エミッタンスの電子線を放出でき、一次電子線が二次電子線の外側を通るので空間電荷効果による悪影響を妨げるので、電子線の照射量に事実上の上限はないという効果を奏する。
【０１０３】
次に第４の発明の実施例に係る電子線装置の概要を説明する。
図１５は、本発明の一実施態様にかかる写像投影光学系の電子線装置の結像図を示したものである。
【０１０４】
本実施態様の写像投影光学系を用いた電子線装置は、図１５に示されているように、電子銃４−４０と、試料から放出される二次電子線又は後方散乱電子を検出するための二次光学系と、二次電子線又は後方散乱電子を検出する検出装置４−１とを備えている。このように本実施態様の電子線装置は、一次電子線を試料面の法線に対して斜め方向から入射させる一次光学系と、斜め方向から入射してきた一次電子線を法線方向に曲げるＥ×Ｂ分離器とを備えておらず、電子銃４−４０が二次光学系内に設けられている。
【０１０５】
電子銃４−４０は、図１６に示すように、ホロービームからなる一次電子線を先端から放出するリング状のカソード４−２９と、カソード４−２９から放出されたホロービームの方向を制御するアノード４−２２、４−２６及びウェーネルト４−２４、４−２５とを有する。アノードは、接地された内側アノード４−２２と電圧が印加される外側アノード４−２６とを有する。従来装置では、一次電子線と二次電子線とが同じ光路を共有する場所があるので、一次電子線の空間電荷効果による二次電子線のボケが無視できない値となる。本件のホロービームでは、一次電子線が二次電子線の外側を通るので空間電荷効果による二次電子線のボケは、一次電子線をいくら増やしても発生しない。一次電子線の放出方向を決める電子銃４−４０の照射条件は、外側アノード４−２６に印加される電圧を変えることにより制御することができる。
【０１０６】
二次光学系は、試料４−６から放出される二次電子あるいは後方散乱電子（反射電子とも言う）を結像させて試料４−６の像を形成するためのダブレットレンズ４−４と、結像された二次電子線等を拡大する拡大レンズ４−２、４−３とを備えている。
【０１０７】
ダブレットレンズ４−４は、試料４−６と拡大レンズ４−２、４−３との間に配置されており、一対の電子レンズ４−５ａ、４−５ｂから構成されている。電子レンズ４−５ａ、４−５ｂに印加する電圧を変えるとレンズの焦点距離が変わり、これにより、レンズ条件を制御することができる。電子銃４−４０は、電子レンズ４−５ａ、４−５ｂの間に配置されており、電子レンズ４−５ａのレンズ作用がある場合に試料４−６上に照射する様、設計される。。
【０１０８】
ＮＡ開口４−１３が、一対の電子レンズ４−５ａ、４−５ｂ間に配置されており、試料４−６から法線方向と大きい角度で放出された電子線を取り除いている。
拡大レンズ４−２、４−３は、タブレットレンズ４−４と検出装置４−１との間でタブレットレンズ４−４の下流側に配置されており、ダブレットレンズ４−４により結像された試料像を二段で拡大する。
【０１０９】
検出装置４−１は、拡大レンズ４−２の下流側に配置され、シンチレータとＣＣＤで構成され、二次電子線等を検出し、試料の拡大画像を作る。
電子銃４−４０は、二次電子及び反射電子の両方のレンズ条件で試料上の光軸４−２１近くに照射可能でなければならない。さらに、試料４−６からの二次電子及び反射電子が電子銃部品と干渉しない位置に電子銃４−４０を配置する必要がある。このため、光軸４−２１から十分大きい角度で放出されたと仮定した一次電子の、上記二つのレンズ条件での軌道が互いに交差する位置に置かれる。この位置では二次電子用の一次電子線４−９及び後方散乱電子用の一次電子線４−８を併用できる。二次電子用のレンズ条件及び後方散乱電子用のレンズ条件で一次電子線の軌道が交差するような位置４−１０は、シミュレーションでも決定することができる。本実施態様においては、二次電子用の電子条件及び後方散乱電子用のレンズ条件で一次電子線の軌道が交差されるような位置４−１０としたが、共有にする必要はなく、二次電子用の電子銃と後方散乱電子用の電子銃とを置いてもよい。
【０１１０】
なお、図１５に示されているように、二次電子用の一次電子線４−９と後方散乱電子用の一次電子線４−８とでは、光軸４−２１に対する角度が異なっている。
次に、本実施態様に係る電子線装置の全体的な作用を説明する。
【０１１１】
４−１０の位置に置かれた電子銃４−４０から４−９又は４−８で示された軌道に沿った方向に放出された一次電子線であるホロービームは、タブレットレンズの片方４−５ａで集束され、試料４−６の光軸４−２１上に入射される。ここで、二次電子用の一次電子線の場合は、軌道４−９を、後方散乱電子用の場合は軌道４−８を取ることになる。試料４−６から放出された二次電子あるいは後方散乱電子は、４−７で示された軌道を通り、タブレットレンズの片方４−５ａにより平行ビームになり、タブレットレンズの他方４−５ｂによりタブレットレンズの像面４−１２に結像する。該試料像は、さらに、拡大レンズ４−３及び４−２で拡大され、検出装置４−１に二次元像を作る。
【０１１２】
次に、電子銃４−４０の構造を図１６に基づいてさらに詳細に説明する。
図１６は、本発明の一実施態様にかかる電子銃４−４０の概略部分断面図を示したものである。図１６において、電子銃４−４０は、光軸４−２１に沿って破断されて示されている。
【０１１３】
本実施態様の電子銃４−４０は、光軸４−２１を中心として回転対称構造となっており、上述したように、ホロービームからなる一次電子線を先端から放出するリング状のカソード４−２９と、カソード４−２９から放出されたホロービームの方向を制御するアノード４−２２、４−２６及びビーム電流値とビームの収束条件を制御するウェーネルト４−２４、４−２５とを備えている。
【０１１４】
カソード４−２９は、光軸４−２１に中心決めされており、光軸４−２１を中心として周方向に沿って延びている。カソード４−２９は、光軸４−２１に沿った図中上下方向に延びる環状の支持部４−２９ａと、支持部４−２９ａの下端側から径方向内側に向けて延びる環状の段部４−２９ｂと、段部４−２９ｂの内端側から光軸４−２１方向に沿って延びる環状の放出部４−２９ｃとを備えており、支持部４−２９ａと段部４−２９ｂと放出部４−２９ｃとが一体的に形成されている。支持部４−２９ａは、環状の絶縁スペーサ４−３２を介してウェーネルト４−２４に保持されており、段部４−２９ｂを介して放出部４−２９ｃを支持している。放出部４−２９ｃの下端側には、先細になった先端４−２９ｄが形成されており、この先端４−２９ｄから円環状のホロービームが放出されるようになっている。
【０１１５】
カソード４−２９は、リング状のハフニウム（Ｈｆ）の端面をとがらせて先端４−２９ｄのみから電子線放出が起こる様にしている。カソード４−２９には、焼結体のＬａＢ６やＴａ等も使うことができる。
【０１１６】
アノード４−２２、４−２６は、光軸４−２１に中心決めされており、内側アノード４−２２と外側アノード４−２６とを有する。内側アノード４−２２はカソード４−２９に対して内側に設けられており、外側アノード４−２６はカソード４−２９に対して外側に設けられている。
【０１１７】
内側アノード４−２２は、その電位がゼロとなるように接地されており、接地電極として構成されている。一方、外側アノード４−２６には、任意の値の電圧が加えられるようになっており、内側アノード４−２２と外側アノード４−２６との間に形成される電位差によって、カソード４−２９から放出されるホロービームの方向を制御するようになっている。
【０１１８】
内側アノード４−２２は、ホロービームの方向を制御するゼロ電位電極部４−２２ａと、光軸上をゼロ電位にするための支持部４−２２ｂとを備えており、ゼロ電位電極部４−２２ａと支持部４−２２ｂとが一体的に形成されている。支持部４−２２ｂは、光軸４−２１方向に沿って延びる円筒形状となっており、図示しない部材によって電子線装置のハウジングに固定されている。ゼロ電位電極部４−２２ａは、環状で且つ平板形状となっており、支持部４−２２ｂの下端部から、光軸４−２１に対して交差する方向で且つ径方向外側に向かって延びている。
【０１１９】
外側アノード４−２６は、内側アノード４−２２に対して径方向外側に配置されていると共に、光軸４−２１を中心として周方向に沿った環状構造となっている。また、外側アノード４−２６は、内側アノード４−２２との間にホロービームを通すための環状経路４−２２ｃが形成されるように、内側アノード４−２２から径方向外側に離間して配置されている。
【０１２０】
外側アノード４−２６は、ホロービームの方向を制御する電極部４−２６ａと、電極部４−２６ａを支持するための支持部４−２６ｂとを備えており、ゼロ電位電極部４−２２ａと支持部４−２６ｂとが一体的に互いに絶縁され形成されている。
【０１２１】
支持部４−２６ｂは、光軸４−２１方向に沿って延びる円筒形状となっており、図示しない部材によって電子線装置のハウジングに絶縁固定されている。外側アノード４−２６の支持部４−２６ｂは、内側アノード４−２２の支持部４−２２ｂと平行になるように該支持部４−２２ｂに沿って延びている。また、支持部４−２６ｂは、該支持部４−２２ｂから径方向外側に離間して配置され、該支持部４−２２ｂとの間に空間部が形成されるようになっており、この空間部にカソード４−２９やウェーネルト４−２４、４−２５などが配置されている。
【０１２２】
電極部４−２６ａは、環状で且つ平板形状となっており、支持部４−２６ｂの下端部から、光軸４−２１に対して交差する方向で且つ径方向内側に向かって延びている。また、電極部４−２６ａは、環状経路４−２２ｃを介して内側アノード４−２２の平板部４−２２ｂと対向して配置されていると共に、該平板部４−２２ｂと同一平面上に配置されている。
【０１２３】
内側アノード４−２２は、上述したように接地すなわちアースされており、これによって、電子銃４−４０のポテンシャルが光軸上の二次電子の軌道に影響を与えないようになっている。外側アノード４−２６は内側アノード４−２２と絶縁されていて、外側アノード４−２６に接地と異なる電圧を与えることによって、一次電子線としてのホロービームの放出方向を内側４−３１の方向へ向けたり外側４−３０の方向へ向けたりあるいは収束ビームとしたり発散ビームとしたり制御することができる。ここで、４−３１の方向へ向けるには外側アノード４−２６に負の電圧を与えればよく、４−３０の方向へ向けるには外側アノード４−２６に正の電圧を与えればよい。このようにある程度の角度幅をもってホロービームの方向を変えることができように、環状経路４−２２ｃは、径方向に沿って所定の幅の寸法を有している。ホロービームの方向の角度幅をできる大きく変えることができるように、カソード４−２９は、その先端４−２９ｄが環状経路４−２２ｃと同じ半径位置となる様に位置決めされている。
【０１２４】
ウェーネルト４−２４、４−２５は、光軸４−２１に中心決めされた環状形状をしており、光軸４−２１方向に沿って延びると共に、図中下側に向かうにしたがって末広がりとなっている。
【０１２５】
ウェーネルト４−２４、４−２５は、内側ウェーネルト４−２４と外側ウェーネルト４−２５とを有する。内側ウェーネルト４−２４は、カソード４−２９に対して内側に設けられ、外側ウェーネルト４−２５はカソード４−２９に対して外側に設けられている。
【０１２６】
内側ウェーネルト４−２４は、一次電子線の放出量を制御するための電極部４−２４ａと、電極部４−２４ａを支持する支持部４−２４ｂとを有しており、電極部４−２４ａと支持部４−２４ｂとが一体的に形成されている。支持部４−２４ｂは、光軸４−２１方向に沿って延びる円筒形部４−２４ｂ１と、円筒形部の下端から径方向内側に向かって傾斜して延びる截頭円錐形部４−２４ｂ２とを有している。電極部４−２４ａは、截頭円錐形部４−２４ｂ２の下端から光軸４−２１方向に沿って延びる円筒形状となっている。
【０１２７】
外側ウェーネルト４−２５は、一次電子線の放出量を制御するための電極部４−２５ａと、電極部４−２５ａを支持する支持部４−２５ｂとを有しており、電極部４−２５ａと支持部４−２５ｂとが一体的に形成されている。電極部４−２５ａは、図示しない絶縁スペーサを介して内側ウェーネルト４−２４に保持されている。支持部４−２５ｂは、内側ウェーネルト４−２４の支持部４−２４ｂに対して径方向外側に配置されて、支持部４−２４ｂとの間にカソードの先端４−２９ｄを配置するための空間を形成している。支持部４−２５ｂは、光軸４−２１方向に沿って延びる円筒形部４−２５ｂ１と、円筒形部の下端から径方向外側に向かって傾斜して延びる截頭円錐形部４−２５ｂ２とを有している。このように、外側ウェーネルト４−２５の截頭円錐形部４−２５ｂ２と、内側ウェーネルト４−２４の截頭円錐形部４−２４ｂ２とにより、カソードの先端４−２９ｄの下流側に末広がりの空間が確保され、カソードの先端４−２９ｄから放出されるホロービームの発散を防ぐようになっている。
【０１２８】
ウェーネルト４−２４、４−２５の形状はシミューションによって決めるようにしてもよい。ウェーネルト４−２４、４−２５も、アノード４−２２、２４−６と同様に、内側ウェーネルト４−２４と外側ウェーネルト４−２５は互に絶縁して外側ウェーネルト４−２５に接地と異なる電圧を与えることによって、一次電子線の放出方向を内側４−３１の方向へ向けたり外側４−３０の方向へ向けたり制御することができる。一次電子線の放出方向の制御は、アノード４−２２、４−２６だけで行う。ウェーネルト４−２４、４−２５はビーム量の制御及びビームの発散を防ぐ役目がある。
【０１２９】
電子銃４−４０は、さらに、サブカソード４−２８とサブカソード４−２８のシールド４−２７とを備えることができる。サブカソード４−２８は、光軸４−２１に中心決めされた環状形状をしており、カソード４−２９に対して径方向外側に配置されている。サブカソード４−２８は、タングステンフィラメントからなり、カソード４−２９の外側に距離を保って、光軸４−２１を中心として周方向に配置されている。サブカソード４−２８のシールド４−２７は、サブカソード４−２８からの電子をすべてカソード４−２９に入射させるためのシールドであり、例えば、２０．１ｋＶの電圧が印加されている。
【０１３０】
絶縁スぺーサ４−２３は、内側ウェーネルト４−２４と内側アノード４−２２とを連結しており、絶縁スペーサ４−３２は、カソード４−２９と内側ウェーネルト４−２４と連結している。それぞれの径が異なるのは、絶縁距離を大きくして放電を避けるためである。
【０１３１】
次に、本実施態様に係る電子銃４−４０の全体的な作用を説明する。
サブカソード４−２８に−２０ｋＶ程度を与え、カソード４−２９に向ってエレクトロボンバード（熱陰極を備えた電離真空計や質量分析計等のイオン源において電極等の構成要素を脱ガスする方法の一つとしてエレクトロンボンバード法が知られている。この点については、例えば、特開平０６−１５０８７５に開示されている）して、約１ｍＡの電流を流すことによって、カソード４−２９に（２０−４．５）×１０３×１×１０−３Ｗの加熱を行う。ここでカソード４−２９には−４．５ｋＶが印加される。これにより、カソード４−２９からは一次電子線が放出される。一次電子線の放出方向は、外側アノード４−２６に接地と異なる電圧を印加することにより、制御できる。
【０１３２】
この様な電子銃４−４０は、カソード４−２９の面積が１０μｍ×２π３ｍｍ≒２×１０−１ｍｍ２程度と大きく、しかもカソード４−２９の先端には高電界が印加できるため、高輝度の一次電子線が取り出せる。従って、数ｍＡのビーム電流を２００μｍ直径程度の領域に容易に照射できるので、写像投影光学系を非常に明るい条件で動作させることができ、ピクセル当りの電子数を大きくでき、Ｓ／Ｎ比の良い画像が得られる。さらにこの照射方法ではＥ×Ｂ分離器が不要であるので、二次電子像にＥ×Ｂによる偏向色収差が発生しない。さらに斜め方向に取り付けられる一次光学系が不要であるから、機械共振周波数を上げることができ、振動に強くなる。また、一次電子線は図１５で明らかな様に二次電子線の軌道７の外側を通るので、一次電子線の空間電荷が二次電子線のボケを増加させることがない。また一次光学系が不要な分、低コストとなる。
【０１３３】
図１７は、本発明の別の実施態様にかかる写像投影光学系の電子線装置の結像図を示したものである。第一の実施態様と同じものに関しては同じ符号を付して説明は省略し、異なるところのみを説明する。第二の実施態様に係る電子線装置は、第一の実施態様と比較して、使用する電子銃のみが異なる。そこで、図１８で、本実施態様にかかる電子銃を説明する。
【０１３４】
第一の実施態様の電子銃４−４０は、サブカソード４−２８によりカソード４−２９を加熱して一次電子線を放出しているが、本実施態様においては光電効果を利用したホトカソード４−２９を使用して、一次電子線を放出している。そのため、本実施態様にかかる電子銃４−５０は、第一の実施態様にかかる電子銃４−４０と、カソード４−２９の形状、材質が異なる。また、サブカソード４−２８及びシールド４−２７の代わりに、光ファイバー４−３３、長波長カットフィルター４−３５、及び高圧水銀灯４−３７を備えている。
【０１３５】
第二の実施態様に係る電子銃４−５０のカソード４−２９’は、光軸４−２１に中心決めされており、光軸４−２１を中心として周方向に沿って延びている。カソード４−２９’は、光軸４−２１に沿った図中上下方向に延びる環状の支持部４−２９ａ’と、支持部４−２９ａ’の下端側から径方向内側に向かって傾斜して延びる截頭円錐形部４−２９ｂ’と、截頭円錐形部４−２９ｂ’の内端側から光軸４−２１方向に沿って延びる環状の放出部４−２９ｃ’とを備えており、支持部４−２９ａ’と截頭円錐形部４−２９ｂ’と放出部４−２９ｃ’とが一体的に形成されている。支持部４−２９ａ’は、環状の絶縁スペーサ４−３２を介してウェーネルト４−２４に保持されており、截頭円錐形部４−２９ｂ’を介して放出部４−２９ｃ’を支持している。放出部４−２９ｃ’の下端側には、先細になった先端４−２９ｄ’が形成されており、この先端４−２９ｄ’から円環状のホロービームが放出されるようになっている。カソード４−２９’は、石英ガラス製で、先端にリング状に白金が薄くコーティングしてあり、内側及び外側にはアルミが蒸着してある。
【０１３６】
光ファイバー４−３３は、カソード４−２９の支持部４−２９ａの上端側に接続されており、長波長カットフィルター４−３５が光ファイバー４−３３に接続されている。さらに、高圧水銀灯４−３７が、長波長カットフィルター４−３５に接続されている。
【０１３７】
高圧水銀灯４−３７から放出された光は、長波長カットフィルター４−３５で波長の長い光が取り除かれ、光ファイバー４−３３を通ってカソード４−２９’に入る。光がカソード４−２９’に入り、光電材料白金に入射したことにより生じる光電効果により白金膜の付いた４−２９ｄから一次電子線が放出される。
【０１３８】
ホトカソードを使用することにより、カソード４−２９を加熱して一次電子線を放出することによる温度上昇の問題が解決する。
次に、第５の発明に係る実施例を説明する。
【０１３９】
第２の発明の実施例は、電子線装置に関し、特に、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有する試料の評価を高精度且つ高スループットで行う電子線装置に用いられる試料台の位置を測定するための電子線装置に関するものである。
【０１４０】
従来、この種の電子線装置においては、基板などの試料に正確に電子線を照射するために、かかる試料を載置する試料台の位置を測定するための位置測定装置が設けられている。
【０１４１】
このような位置測定装置においては、一台のレーザ発振器から出たレーザビームを２つに分け、ｘ軸に平行なレーザミラーとｙ軸に平行なレーザミラーにそれぞれ照射し、ｘ軸側から１本のレーザビームを試料台に照射すると共に、ｙ軸側から１本のレーザビームを試料台に照射して、電子線の照射位置と試料台のｘ、ｙ位置を正確に測定している。
【０１４２】
従来より、試料台が移動する際に、試料台を移動させるステージの許容誤差により、ある程度の試料台がヨー運動（Ｙａｗ運動）することがわかっている。従来の位置測定装置においては、ｘ軸側から試料台に照射されるレーザビームもｙ軸側から試料台に照射されるレーザビームも、それぞれ、１つの光軸に向けられていることから、試料台がわずかにヨー運動しても、使用する光軸が１本の場合は試料台の理想的な位置からのズレは無視することができ問題になることはなかった。しかしながら、光軸が複数ある電子線装置の場合には、レーザビームが照射されるレーザ軸と異った位置の光軸の一次電子線では、位置ずれを無視することができなくなり、所謂アッベの誤差が生じる問題点があった。さらに、試料の寸法が大きくなると、レーザー移動鏡が巨大化する問題点もあり、また、レーザー固定鏡を試料室側壁に固定した場合は、試料室側壁の伸縮による測定誤差が生じる問題点があった。
【０１４３】
第５の発明による実施例は、上記の問題点を解決するためのものであり、複数本の光軸を有する装置でもアッベの誤差が生じない、高精度且つ高スループットの電子線装置に用いられる試料台用の位置測定装置を提供することを目的とする。さらに、レーザー移動鏡による試料台の大型化を防ぎ、試料室側壁の伸縮による測定誤差を無くす装置を提供する。
【０１４４】
前記目的を解決するために、本発明は、電子線装置の試料台用の位置測定装置であって、
前記電子線装置は、ｘ軸線方向及びｙ軸線方向を有するｘｙ平面に沿って移動可能な試料台に載置された試料に、複数の光軸を有する複数の一次電子線を照射して、前記試料の評価を行っており、
前記位置測定装置は、
第１のレーザビームを、ｘ軸線方向又はｙ軸線方向の一方の軸線方向に沿って試料台に向けて照射して、前記一方の軸線方向に沿った試料台の位置を測定するための第１の測定装置と、
第２及び第３のレーザビームを、ｘ軸線方向又はｙ軸線方向の他方の軸線方向に沿って試料台に向けて照射して、前記他方の軸線方向に沿った前記試料台の２ヶ所の位置を測定するための第２の測定装置とを備え、
前記第２のレーザビームと前記第３のレーザビームとは、前記他方の軸線方向に沿って離間されて前記試料台に向けて照射されており、
前記位置測定装置は、さらに、前記第１の測定装置からの測定値と前記第２の測定装置からの測定値とに基づいて、前記試料台のｘｙ平面内の回転量を検出する制御装置とを備えていることを特徴とする試料台用の位置測定装置を提供するものである。
【０１４５】
また、前記位置測定装置において、
さらに、レーザビームを放出する少なくとも１つのレーザー源１と、
前記レーザー源１から放出されたレーザビームを少なくとも２つのレーザビームに分離する第１の分離装置５−２とを備え、
前記第１の測定装置は、前記第１の分離手段５−２で分離された一方のレーザビームを前記第１のレーザビームとして用いており、
前記第２の測定装置は、前記第１の分離手段で分離された他方のレーザビームを、前記第２のレーザビームと前記第３のレーザビームとに分離する第２の分離装置５−５を備えてもよい。
【０１４６】
また、前記位置測定装置において、
前記第１の測定装置は、前記試料台のうち前記他方の軸線方向に沿って設けられた第１の反射鏡５−１２と、前記第１の分離装置で分離された前記第１のレーザビームを前記第１の反射鏡５−１２に向けて案内する第１の案内装置５−９と、前記第１の反射鏡５−１２で反射された前記第１のレーザビームを受ける第１の受信器５−３とを備え、
前記第２の測定装置は、前記試料台のうち前記一方の軸線方向に沿って設けられた第２の反射鏡５−１３を備え、
前記第２の分離装置５−５は、該第２の分離装置５−５で分離された前記第２のレーザビームを前記第２の反射鏡５−１３に向けて案内する第２の案内装置５−５を有しており、
前記第２の測定装置は、さらに、
前記第２の分離装置５−５で分離された前記第３のレーザビームを前記第２の反射鏡５−１３に向けて案内する第３の案内装置５−７と、
前記第２の反射鏡５−１３で反射された前記第２のレーザビームを受ける第２の受信器５−６と、
前記第２の反射鏡５−１３で反射された前記第３のレーザビームを受ける第３の受信器５−８とを備えていてもよい。
【０１４７】
また、前記位置測定装置において、
前記第１の測定装置は、また、前記試料台の上方に配置された前記電子線装置の対物レンズのうち第１の反射鏡５−１２側の側壁に設けられた第１の固定鏡５−１１を備えており、
前記第１の案内装置５−９は、前記第１の分離装置５−２で分離された前記第１のレーザビームを前記第１の反射鏡５−１２に向けて案内すると共に前記第１のレーザビームから第４のレーザビームを分離する第１のビームスプリッタ５−９を有しており、
前記第１の測定装置は、さらに、前記第４のレーザビームを曲げて前記固定鏡５−１１に向けて照射する第１のレーザミラー５−３３を備えており、
前記第２の測定装置は、また、
前記電子線装置の対物レンズのうち第２の反射鏡５−１３側の側壁に設けられた第２の固定鏡と、
前記第２の案内装置５−５からの第２のレーザビームを前記第２の反射鏡５−１３に向けて案内すると共に第２のレーザビームから第５のレーザビームを分離する第２のビームスプリッタ５−４２と、
前記第５のレーザビームを曲げて前記第２の固定鏡に向けて照射する第２のレーザミラーと、
前記第３の案内装置５−７からの第３のレーザビームを前記第２の反射鏡５−１３に向けて案内すると共に第３のレーザビームから第６のレーザビームを分離する第３のビームスプリッタ５−４１と、
前記第６のレーザビームを曲げて前記第２の固定鏡に向けて照射する第３のレーザミラーとを備えていてもよい。
【０１４８】
また、前記目的を解決するために、本発明は、ｘ軸線方向及びｙ軸線方向を有するｘｙ平面に沿って移動可能な試料台に載置された試料に、複数の光軸を有する複数の一次電子線を照射し、前記試料の評価を行う電子線装置であって
前記電子線装置は、
前記複数の一次電子線を偏向して前記試料に照射する偏向器と、
前記請求項１乃至４のうちのいずれか一項に記載された試料台用の位置測定装置とを備え、
前記位置測定装置の前記制御装置は、前記試料台のｘｙ平面内の回転量に基づいて前記偏向器を制御し、これによって、前記偏向器は、前記試料の理想的な動きからのズレがなくなるように前記複数の一次電子線毎に偏向して、前記試料上での当該一次電子線の照射位置を補正することを特徴とする電子線装置を提供するものである。
【０１４９】
また、前記電子線装置において、
前記試料台の上方に配置された前記複数の光軸を有する対物レンズを備えており、
前記対物レンズは、一体構造の磁気レンズであってもよい。
【０１５０】
また、前記位置測定装置において、
前記電子線装置は、前記複数の一次電子線を形成する複数の光学系を備えており、
前記複数の光学系は、前記試料台の上方に配置された前記複数の光軸を有する一体構造の対物レンズを備えていてもよい。
【０１５１】
また、前記位置測定装置において、
前記複数の光学系のそれぞれは、複数の一次電子線を前記試料上に照射するようにしてもよい。
【０１５２】
第５の発明に係る実施例によれば、ｘ軸線方向又はｙ軸線方向の少なくとも一方の軸線方向に沿った試料台の２ヶ所の位置を測定して試料台のｘｙ平面内の回転量を検出するようにしたので、試料台がヨー運転をしても正確な試料評価ができる。また、光軸数が８本あれば１本の場合より８倍の評価速度が得られる。従って、試料の評価を、高精度且つ高スループットで行うことができるという効果を奏することができる。
【０１５３】
次に第５の発明の実施例に係る電子線装置の概要を説明する。
図１９及び図２０は、本発明の一実施態様にかかる電子線装置の試料台用の位置測定装置である。図１９は、平面図であり、図２０は、図１９のＡ−Ａ’線に沿って破断した概略断面図である。
【０１５４】
本実施態様の位置測定装置は、電子線装置の試料台の位置を測定するためのものである。
電子線装置は、ｘ軸線方向及びｙ軸線方向を有するｘｙ平面に沿って移動可能な試料台５−３２に載置された試料５−２２に、複数の光軸を有する複数の一次電子線を照射して、試料の評価を行っている。
【０１５５】
本実施態様の位置測定装置は、レーザビーム５−４００を放出するレーザー源５−１と、レーザー源５−１から放出されたレーザビーム５−４００を２つのレーザビーム５−４０２、５−４０４に分離する第１の分離装置５−２と、一方のレーザビームとしての第１のレーザビーム５−４０２を用いてｘ軸線方向に沿った試料台５−３２の位置を測定するための第１の測定装置５−２００と、他方のレーザビーム５−４０４を用いてｙ軸線方向の軸線方向に沿った試料台５−３２の２ヶ所の位置を測定するための第２の測定装置５−３００と、第２の測定装置５−３００からの測定値に基づいて、試料台５−３２のｘｙ平面内の回転量を検出する制御装置５−１００とを備えている。
【０１５６】
第１の分離装置５−２は、本実施例においてはビームスプリッター５−２から構成されている。ビームスプリッター５−２は、レーザー源５−１から放出されたレーザビームを第１のレーザビーム５−４０２と第２のレーザビーム５−４０４とに分離する。
【０１５７】
第１の測定装置５−２００は、試料台５−３２のうちｙ軸線方向に沿って設けられた第１の反射鏡としてのｘレーザ移動鏡５−１２と、ビームスプリッター５−２で分離された第１のレーザビーム５−４０２をｘレーザ移動鏡５−１２に向けて案内する第１の案内装置５−９と、第１の反射鏡５−１２で反射された第１のレーザビーム５−４０２を受ける第１の受信器としてのレーザ受信器５−３と、試料台５−３２の上方に配置された電子線装置の対物レンズ５−２０のうちｘレーザ移動鏡５−１２側の側壁に設けられた第１の固定鏡としてのｘ方向レーザ固定鏡５−１１とを備えている。
【０１５８】
第１の案内装置５−９は、本実施例においては、第１のビームスプリッタ５−９から構成されている。ビームスプリッター５−９は、ビームスプリッター５−２で分離された第１のレーザビーム５−４０２を第１の反射鏡５−１２に向けて案内すると共に、第１のレーザビーム５−４０２から第４のレーザビーム５−４０６を分離する。
【０１５９】
第１の測定装置は、さらに、第４のレーザビーム５−４０４を曲げてｘ方向レーザ固定鏡５−１１に向けて照射する第１のレーザミラーとしてのレーザミラー５−３３を備えている。
【０１６０】
本実施態様の位置測定装置は、また、ビームスプリッター５−２で分離された第２のレーザービーム５−４０４を第２の測定装置５−３００の方向に反射させるレーザ反射器５−４を備えている。レーザ反射器５−４は、ビームスプリッター５−２で分離されたｙ軸線方向に沿った他方のレーザービーム５−４０４を第２の測定装置５−３００に案内している。本実施態様の位置測定装置においては、レーザー源を一つとしたためレーザ反射器５−４を設けるようにした。
【０１６１】
第２の測定装置５−３００は、レーザ反射器５−４で反射された第２のレーザビーム５−４０４から第３のレーザビーム５−４１０を分離する第２の分離装置としてのビームスプリッター５−５と、試料台５−３２のうちｘ軸線方向に沿って設けられた第２の反射鏡としてのｙレーザ移動鏡５−１３と、ビームスプリッター５−５で分離された第３のレーザビーム５−４１０をｙレーザ移動鏡５−１３に向けて案内する第３の案内装置としてのレーザミラー５−７と、ｙレーザ移動鏡５−１３で反射された第２のレーザビーム５−４０４を受ける第２の受信器としてのレーザ受信器５−６と、ｙレーザ移動鏡５−１３で反射された第３のレーザビーム５−４１０を受ける第３の受信器としてのレーザ受信器５−８とを備えている。ビームスプリッター５−５は、第２のレーザビーム５−４０４をｙレーザ移動鏡５−１３に向けて案内する第２の案内装置の役割も果たしている。
【０１６２】
第２の測定装置５−３００は、さらに、電子線装置の対物レンズ５−２０のうちｙレーザ移動鏡５−１３側の側壁に設けられた第２の固定鏡としてのｙ方向レーザ固定鏡５−６０と、ビームスプリッター５−５からの第２のレーザビーム５−４０４をｙレーザ移動鏡５−１３に向けて案内すると共に第２のレーザビーム５−４０４から第５のレーザビーム５−４１２を分離する第２のビームスプリッタとしてのビームスプリッタ５−４２と、第５のレーザビーム５−４１２を曲げてｙ方向レーザ固定鏡５−６０に向けて照射する第２のレーザミラー５−４１と、レーザミラー５−７で反射された第３のレーザビーム５−４１０をｙレーザ移動鏡５−１３に向けて案内すると共に第３のレーザビーム５−４１０から第６のレーザビーム５−４１４を分離する第３のビームスプリッタとしてのビームスプリッタ５−４１と、第６のレーザビーム５−４１４を曲げてｙ方向レーザ固定鏡５−６０に向けて照射する第３のレーザミラー５−６３とを備えている。
【０１６３】
試料５−２２の評価を行う電子線装置は、試料台５−３２に固定された試料５−２２内で５−２３、５−２４、５−２５、５−２６、５−８３、５−８４、５−８５、５−８６に示されている８本の光軸を備えている。一枚の試料５−３２上に、８本の光軸に沿って、それぞれ、Ｚｒ０／Ｗカソード５−１４、ショットキーシールド５−１５及びアノード５−１６から成る電子銃と、電子銃から放出される一次電子線を回転制御可能なコンデンサレンズ５−１７と、マルチ開口５−３１と、ＮＡ開口５−１８と、縮小レンズ５−１９と、対物レンズ５−２０とが、配置されている。試料５−２２の評価を行うときは、図示しないアクチュエーターを駆動して、ｙ方向に試料台５−３２を連続移動させながら、８つの一次電子線を同時にｘ方向に走査し、走査点から放出される二次電子線を軸対称電極５−２１で加速する。軸対称電極５−２１は、対物レンズ５−２０の下に設けられており、光軸毎に光軸の近傍では軸対称となっている。軸対称電極５−２１で加速された二次電子線は、レンズギャップが試料５−３２側にある対物レンズ５−２０で集束され、図に示していないＥ×Ｂ分離器で光軸から離れる方向に偏向して、対応する検出器５−２７、５−２８、５−２９、５−３０、５−８７、５−８８、５−８９、５−９０で検出する。各光軸にはｙ軸に投影すると隣との間隔が等しい４本の二次電子線が作られ、これらの４本の二次電子線は各検出器で独立に検出される。これらの検出器からの８×４＝３２チャンネルの二次電子信号から３２チャンネルのＳＥＭ像が形成され、高スループットで試料の評価が行えるのと同時に、試料台のｘ方向への移動量は隣の光軸間の距離分しか移動させる必要がないため、試料台の移動量を小さくできる。
【０１６４】
本実施態様に係る位置測定装置においては、ｘレーザ移動鏡５−１２は、試料台のｙ軸に平行な面を鏡面研磨することによって構成されており、ｙレーザ移動鏡５−１３は、試料台のｘ軸に平行な面を鏡面研磨することによって構成されている。試料台の材質がシリコン・カーバイトセラミックスの場合、ボイドが多いので、Ｚｒ０、高純度アルミナ、石英等のボイドがほとんど無い材料を側面に接着後研磨を行ってもよい。
【０１６５】
レーザ発振器５−１から放射されたレーザビーム５−４００は、ビームスプリッター５−２で、直進するｘ測定用の第１のレーザビーム５−４０２と、ｙ軸方向に反射されるｙ測定用の第２のレーザビーム５−４０４に分けられる。第１のレーザビーム５−４０２はビームスプリッター９で第１のレーザービーム５−４０２と第４のレーザービーム５−４０６の２つに分けられる。第４のレーザー５−４０６はレーザミラー５−３３で直角に反射され対物レンズ５−２０の外側に取り付けられたレーザ固定鏡５−１１に照射される。レーザ固定鏡５−１１で反射された第４のレーザービーム５−４０６は、さらに、レーザミラー５−３３で反射されビームスプリッター５−９を直進しレーザ受信器５−３へ入る。また、ビームスプリッター５−９を透過した第１のレーザービーム５−４０２は、試料台５−３２に取り付けられたｘレーザ移動鏡５−１２で反射され、ビームスプリッター５−９で反射され、レーザ受信器５−３へ入る。レーザ固定鏡５−１１からの第４のレーザビーム５−４０６とｘレーザ移動鏡５−１２からの第１のレーザービーム５−４０２とが干渉することにより、移動鏡の速度が測定される。この速度は、レーザ受信器５−３内に設けられたカウンターで積分される。より具体的には、ｘレーザ移動鏡５−１２からの第１のレーザービーム５−４０２と、レーザ固定鏡５−１１で反射された第４のレーザービーム５−４０６とが干渉することによる信号の強・弱をパルスに変換し、移動鏡の速度を算出し、その速度を積分することにより、試料台のｘ軸線方向の移動距離が算出される。
【０１６６】
一方、ビームスプリッター５−２で分離された第２のレーザビーム５−４０４はレーザ反射器５−４で直角に反射され、ビームスプリッター５−５で第２のレーザビーム５−４０４と第３のレーザビーム５−４１０の２つに分けられる。
【０１６７】
図２１に示すように、第２のレーザビーム５−４０４は、ビームスプリッタ５−４２で第２のレーザビーム５−４０４と第５のレーザビーム５−４１２とに分けられる。第５のレーザービーム５−４１２は第２のレーザミラー５−６２で直角に反射され、対物レンズ５−２０の外側に取り付けられたｙ方向レーザ固定鏡５−６０に照射される。レーザ固定鏡５−６０で反射された第５のレーザービーム５−４１２は、さらに第２のレーザミラー５−６２、ビームスプリッター５−４２で反射され、ビームスプリッター５−５を直進しレーザ受信器５−６へ入る。また、ビームスプリッター５−４２を透過した第２のレーザービーム５−４０４は試料台５−３２に取り付けられたｙレーザ移動鏡５−１３に照射され且つｙレーザ移動鏡５−１３で反射され、ビームスプリッター５−４２及び５−５を直進して、レーザ受信器５−６へ入る。ｙ方向レーザ固定鏡５−６０からのレーザビームとｙレーザ移動鏡５−１３からのレーザービームとが干渉することにより、強弱信号が作られ、パルスに整形されパルスをカウントすることにより、移動鏡の速度が測定される。この速度は、レーザ受信器５−６内に設けられたカウンターで積分され、同様にして、試料台のｙ軸線方向の移動距離が算出される。
【０１６８】
さらに、図２１には第２のレーザービームの光路のみ示してあるが、その後方には、図２２に示されているように第３レーザービーム５−４１０が同様の光路で進むこととなる。第３のレーザビーム５−４１０は、ビームスプリッター５−７で直角に反射され、次いでビームスプリッタ５−４１で第３のレーザビーム５−４１０と第６のレーザビーム５−４１４とに分けられる。第６のレーザービーム５−４１４は第３のレーザミラー５−６３で直角に反射され対物レンズ５−２０の外側に取り付けられたｙ方向レーザ固定鏡５−６０で反射され、さらに第３のレーザミラー５−６３、ビームスプリッター５−４１で反射され、ビームスプリッター５−７を直進しレーザ受信器５−８へ入る。また、ビームスプリッター５−４１を透過した第３のレーザービーム５−４１０は試料台５−３２に取り付けられたｙレーザ移動鏡５−１３で反射され、、ビームスプリッター５−４１及び５−７を直進して、レーザ受信器５−８へ入る。ｙ方向レーザ固定鏡５−６０からのレーザビームとｙレーザ移動鏡５−１３からのレーザービームとが干渉することにより、強弱信号が得られ、パルス整形され、カウントすることにより移動鏡の速度が測定される。この速度は、レーザ受信器５−８に設けられたカウンターで積分され、同様にして、試料台のｙ軸線方向の移動距離が算出される。
【０１６９】
レーザ受信器５−３、５−６、５−８で算出された値は、制御装置５−１００に送られ、制御装置５−１００では、ｙ軸方向レーザビームによる２箇所の位置での試料台５−３２の位置の算出値に基づき、試料台５−３２のｘｙ平面内の回転量を求める。
【０１７０】
次に図２３を用いて、本実施態様に係るアッベの誤差の補正方法について述べる。図２３に示された５−４１、５−４２は、図１９に示されたビームスプリッター５−４１、５−４２であり、対物レンズ５−２０の外側に取り付けられたｙ方向レーザ固定鏡５−６０の方向と、試料台５−３２のｙレーザ移動鏡５−１３方向とへレーザビームを分割する半透明鏡から構成されている。５−４３は理想的な試料台５−３２の姿勢であり、５−４４は、試料台を移動させる許容誤差により試料台がヨー運動を起こしたある瞬間での試料台５−３２の姿勢である。レーザ受信器５−８、５−６で測定された試料台５−３２のｙ座標の読みの差を、ビームスプリッター５−４１、５−４２の間隔ｌで割算すれば、試料台５−３２の回転量δ（ラジアン）が算出される。
【０１７１】
隣り合う光軸（例えば、光軸５−８３と光軸５−２３）のｙ軸方向の距離を２ｂとし、隣り合う光軸のｘ軸方向の距離をａとする。試料台５−３２の回転量δ右回転とする。ｘ方向のレーザ測長器５−３とｙ方向の測長器５−８の読んだ座標との差は次の様にして求められる。図２３で試料台が右回転５−８を行っているが、ｘレーザ軸３とｙレーザ軸５−８との交点５−５００では回転による誤差は生じない。交点５−５００から離れるに従って、回転による誤差は増加する。
【０１７２】
光軸５−８３が照射する試料台座標は、レーザ５−３、５−８の読みから交点５−５００を中心にして左へδだけ回転した５−５０３の座標となる。δが小さい時は、三角形（５−８３、５−５０３、５−５０２）は三角形（５−５００、５−５０１、５−５０２）と相似形であり、角（５−５０３、５−８３、５−５０２）は△となる。５−８３と５−５０３間距離は、
【０１７３】
【数１】
2005251440.tif 000003
【０１７４】
である。
光軸５−８３のｙ座標の補正量は、図２４から、
【０１７５】
【数２】
2005251440.tif 000004
【０１７６】
となり、
ｘ座標の補正量は、図２４から、
【０１７７】
【数３】
2005251440.tif 000005
【０１７８】
となる。
光軸５−２３のｙ座標の補正量は、同様にして、
−ｂ−２．５ ａδとなり、
ｘ座標の補正量は、＋ｂδである。
【０１７９】
光軸５−８４のｙ座標の補正量は、
ｂ−１．５ ａδとなり、
ｘ座標の補正量は、−ｂδである。
【０１８０】
光軸５−２４のｙ座標の補正量は、
−ｂ−０．５ ａδとなり、
ｘ座標の補正量は、ｂδである。
【０１８１】
光軸５−８５のｙ座標の補正量は、
ｂ−０．５ ａδとなり、
ｘ座標の補正量は、−ｂδである。
【０１８２】
光軸５−２５のｙ座標の補正量は、
−ｂ＋１．５ ａδとなり、
ｘ座標の補正量は、ｂδである。
【０１８３】
光軸５−８６のｙ座標の補正量は、
ｂ＋２．５ ａδとなり、
ｘ座標の補正量は、−ｂδである。
【０１８４】
光軸５−２６のｙ座標の補正量は、
ｂ＋３．５ ａδとなり、
ｘ座標の補正量は、ｂδである。
【図面の簡単な説明】
【０１８５】
【図１】図１は、第１の発明の実施の形態の電子線装置の概略図である。
【図２】図２は、アノードの平面図である。
【図３】図３は、磁界レンズ１３によるビームの回転調整方法の説明図である。
【図４】図４は、第２の発明の実施の形態の電子線装置の概略図である。
【図５】図５は、対物レンズ２−３の断面図である。
【図６】図６は、試料上の画素領域２−１８と試料上を走査される一次電子線外径２−１７と拡大レンズ２−３、２−６、２−７で拡大された検出面での開口２−８との関係を示す概略図である。画素２−８外から放出された二次電子（点線）は開口２−８を通過できない。
【図７】図７ａは、第２の発明の別の実施の形態の電子線装置の概略図である。図７ｂは、マルチ開口２−４５の概略図である。図７は、検出器２−６０前のマルチ開口２−５８の概略図である。
【図８】図５ａは、マルチ開口２−４５を示す概略図である。図５ｂは、図５ａで示すマルチ開口２−４５を通過した一次電子線が走査されている状態を示す概略図である。
【図９】図９は、対物レンズ２−５０の構造を示す概略図である。
【図１０】図１０は、第３の発明の実施の形態の電子線装置の概略図である。
【図１１】図１１は、開口板の平面図である。
【図１２】図１２は、ＮＡ開口の平面図である。
【図１３】図１３は、開口板とアクチュエータの連結の概略図である。
【図１４】図１４は、開口と電子線の走査の方法を示した概略図である。
【図１５】図１５は、第４の発明の一実施態様に係る写像投影光学系の電子線装置の結像図である。
【図１６】図１６は、第４の発明の一実施態様に係る電子銃の概略部分断面図である。
【図１７】図１７は、第４の発明の別の実施態様に係る写像投影光学系の電子線装置の結像図である。
【図１８】図１８は、第４の発明の別の実施態様に係る電子銃の概略部分断面図である。
【図１９】図１９は、第５の発明の一実施例にかかる電子線装置の試料台用の位置測定装置の概略平面図である。
【図２０】図２０は、図１９の線Ａ−Ａ’に沿って破断した概略断面図である。
【図２１】図２１は、図１９の線Ｂ−Ｂ’に沿って破断した概略断面図である。
【図２２】図２２は、図１９の線Ｃ−Ｃ’に沿って破断した概略断面図である。
【図２３】図２３は、本発明のヨー運動の補正方法を説明する説明図である。
【図２４】図２４は、図２３の一部拡大図である。
【符号の説明】
【０１８６】
１：Ｚｒ０／Ｗチップ
２：加熱用フィラメント
３：アノード
４：ハーメチックシール
５：電子銃室
６：イオンポンプ
７：回転と焦点距離を独立に制御可能な電磁レンズ
８：メタルＯリング
９、１０：軸合せコイル
１１：イオンポンプ
１２：ＮＡ開口
１３：回転と焦点距離を独立に制御可能な縮小レンズ
１４：磁気レンズ
１５、１６：Ｅ×Ｂ偏向器
１７：走査用偏向器
１８：拡大レンズ
１９：二次電子検出器
２０：レンズギャップ
２１：軸対称電極
２２：試料
２３：光軸
２４：軸合せ偏向器
２５：走査用第１偏向器
２６：二次光学系光軸
２８：電子銃軸合せ機構
３０：電子銃
３２：電子線放出部
３４：４つの開口
３６：カソード
２−１：電子銃
２−２：コンデンサレンズ
２−３：対物レンズ
２−４：試料
２−５：Ｅ×Ｂ分離器
２−６、２−７：２次電子像拡大レンズ
２−８：収差低減開口
２−９：２次電子検出器
２−１０：ＮＡ開口
２−１１：走査偏向器
２−１２：開口８への補正偏向器
２−１３：一次電子線
２−１４：２次電子軌道
２−１６：検出面
２−１７：走査一次電子線外径
２−１８：試料での画素領域
２−１９：光軸
２−２０：円筒電極
２−２１：軸上磁場強度分析
２−２２：磁気レンズ
２−２４：ギャップ
２−２６：コイル
２−２８：パーマロイコア
２−２９：中心から出た主光線
２−３０：一次光学系
２−３１：画素端から出た主光線
２−３２：空間部
２−３４：下側磁極
２−３６：上側磁極
２−３８：可変電圧源
２−３９：正の高電圧源
２−４０：二次光学系
２−４１：電子銃
２−４２：一次光学系
２−４３、２−４４：コンデンサレンズ
２−４５：マルチ開口
２−４５ａ：開口
２−４５ｂ：開口
２−４５ｃ：開口
２−４５ｄ：開口
２−４６：コンデンサレンズ
２−４７：ＮＡ開口
２−４８：Ｅ×Ｂ用静電偏向器
２−４９：Ｅ×Ｂ用電磁偏向器
２−５０：対物レンズ
２−５３：試料
２−５４：二次光学系
２−５６、２−５５：２次電子像拡大レンズ
２−５８：検出器６０前のマルチ開口
２−５８ａ：２−４５ａで作られたビームからの二次電子を通す開口
２−５８ｂ：２−４５ｂで作られたビームからの二次電子を通す開口
２−５８ｃ：２−４５ｃで作られたビームからの二次電子を通す開口
２−５８ｄ：２−４５ｄで作られたビームからの二次電子を通す開口
２−５９： 二次電子検出装置
２−６０：二次電子線検出器
２−６０ａ：開口２−５８ａを通ったビームを検出する二次電子線検出器
２−６０ｂ：開口２−５８ｂを通ったビームを検出する二次電子線検出器
２−６０ｃ：開口２−５８ｃを通ったビームを検出する二次電子線検出器
２−６１ａ：２−４５ａに対応する検出面
２−６１ｂ：２−４５ｂに対応する検出面
２−６１ｃ：２−４５ｃに対応する検出面
２−６４：レンズギャップ
２−７１：１次電子線のクロスオーバ結像線
２−７２：マルチ開口結像線
２−７３：２次電子光軸
２−７４：ＮＡ開口
２−７５：ＳＥ像１
２−７６：ＳＥ像２
２−７７、２−７８：走査用偏向器
２−７９：１次電子線の走査と同期してＳＥがＮＡ開口を通る様補正する偏向器
２−８０：１次電子線の走査と同期して補正偏向によりＳＥを開口２−５８を通す偏向器
２−１００：制御装置
２−１１３：ＣＲＴモニタ
２−１５０：入力部
２−１５２：記憶装置
２−１５４：２次電子画像記憶領域
２−１５６：基準画像記憶部
２−１５８：制御プログラム
２−Ａ：法線
３−１  ：カソード加熱フィラメント又はヒータ
３−２  ：ショットキーシールド
３−３  ：第１アノード
３−４  ：第２アノード
３−５  ：第３アノード
３−６  ：開口板
３−７  ：軸合せ偏向器
３−８  ：コンデンサレンズ
３−９  ：軸合せ偏向器
３−１０：軸合せ偏向器
３−１１：ＮＡ開口
３−１２：縮小レンズ
３−１３：軸合せ偏向器
３−１４：走査偏向器
３−１５：Ｅ×Ｂ分離器
３−１６：Ｅ×Ｂ分離器
３−１７：走査偏向器
３−１８：対物レンズ
３−１９：軸対称電極
３−２０：試料
３−２１：欠陥検出用ビームを作る開口
３−２２：欠陥レビュー用ビームを作る開口
３−２３：拡大レンズ
３−２４：拡大レンズ
３−２５：開口
３−２６：二次電子線検出器
３−２７：軸合せ偏向器
３−２８：軸合せ偏向器
３−２９：Ａ／Ｄコンバータ
３−３０：画像形成回路
３−３１：光源の像
３−３２：電子銃
３−３３：光軸
３−３４：ＮＡ開口
３−３５：ベローズ
３−３６：真空壁
３−３７：リニアモータ
４−１：検出装置
４−２、４−３：拡大レンズ
４−４：ダブレットレンズ
４−５ａ、４−５ｂ：電子レンズ
４−６：試料
４−７：二次電子又は反射電子の結像線
４−８：後方散乱電子像のレンズ条件での一次ビーム入射方向例
４−９：二次電子像のレンズ条件での一次ビーム入射方向例
４−１０：電子銃配置可能位置
４−１２：タブレットレンズの像面
４−１３：ＮＡ開口
４−２１：光軸
４−２２：内側アノード
４−２２ａ：ゼロ電位電極部
４−２２ｂ：支持部
４−２２ｃ：環状経路
４−２３：ウェーネルト・接地間絶縁スペーサ
４−２４：内側ウェーネルト電極
４−２４ａ：電極部
４−２４ｂ：支持部
４−２４ｂ１：円筒形部
４−２４ｂ２：截頭円錐形部
４−２５：外側ウェーネルト電極
４−２５ａ：電極部
４−２５ｂ：支持部
４−２５ｂ１：円筒形部
４−２５ｂ２：截頭円錐形部
４−２６：外側アノード電極
４−２６ａ：アノード電極部
４−２６ｂ：支持部
４−２７：シールド
４−２８：サブカソード
４−２９：カソード電極
４−２９ａ：支持部
４−２９ｂ：段部
４−２９ｃ：放出部
４−２９ｄ：先端
４−２９ａ’：支持部
４−２９ｂ’：截頭円錐形部
４−２９ｃ’：放出部
４−２９ｄ’：先端
４−３０：発散ホロービーム
４−３１：集束ホロービーム
４−３２：カソード・ウェーネルト間絶縁スペーサ
４−３３：光ファイバー
４−３５：長波長カットフィルター
４−３７：高圧水銀灯
４−４０：電子銃
４−５０：電子銃
５−１：レーザ源
５−２：ビームスプリッター
５−３：レーザ受信器
５−４：レーザ反射器
５−５：ビームスプリッター
５−７：ビームスプリッター
５−６、５−８：レーザ受信器
５−９：ビームスプリッター
５−１０：レンズギャップ
５−１１：ｘ方向レーザ固定鏡
５−１２：ｘレーザ移動鏡
５−１３：ｙレーザ移動鏡
５−１４：Ｚｒ０／Ｗカソード
５−１５：ショットキーシールド
５−１６：アノード
５−１７：回転制御可能電磁レンズ
５−１８：ＮＡ開口
５−１９：縮小レンズ
５−２０：対物レンズ
５−２１：軸対称電極
５−２２：試料
５−２３：光軸
５−２４、５−２５、５−２６：光軸
５−２７、５−２８、５−２９、５−３０：光軸５−２３、５−２４、５−２５、５−２６に対応する二次電子検出器
δ：ヨー角
ａ：ｘ方向光軸ピッチ
ｂ：ｙ方向光軸間隔の１／２
５−４１、５−４２：ビームスプリッター
５−３１：マルチ開口板
５−３２：試料台
５−３３：レーザミラー
５−４３：試料台理想姿勢
５−４４：ある瞬間での試料台姿勢
５−４５〜５−５２：各光軸のｙ座標
５−５３〜５−５４：各光軸のｘ座標
５−６０：ｙ方向レーザ固定鏡
５−６２：第２のレーザミラー
５−６３：第３のレーザミラー
５−８３〜５−８６：各光軸のｙ座標
５−８７、５−８８、５−８９、５−９０：光軸５−８３、５−８４、５−８５、５−８６に対応する二次電検出器
５−２００：第１の測定装置
５−３００：第２の測定装置
５−４００：レーザ発振器１から放射されたレーザビーム
５−４０２：第１のレーザビーム
５−４０４：第２のレーザビーム
５−４１０：第３のレーザビーム
５−４１２：第５のレーザビーム
５−４１４：第６のレーザビーム
５−５００：ｘレーザ軸３とｙレーザ軸８との交点
【図１】
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【図２】
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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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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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