(57)【要約】カソード及びアノードを有する電子銃から放出された電子線を試料上に集束させて照射し、試料から放出された二次電子を検出器へ入射させる電子線装置であって、電子銃から試料へ放出される電子線の照射を最適化する手段を備え、該最適化手段は、電子銃に近接して配置された二段の偏向器より構成することができ、該二段の偏向器は、カソードの結晶方位のうち電子線放出が大きい結晶方位が光軸方向を向いていないことにより光軸に対して角度をなす方向に放出された電子線を、電子線装置の光軸方向に向かわせるよう偏向及び指向するようにした電子線装置。
2004534360.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カソード及びアノードを有する電子銃から放出された電子線を試料上に集束させて照射し、前記試料から放出された二次電子を検出器へ入射させる電子線装置において、
前記電子銃から試料へ放出される電子線の照射を最適化する手段を備えたことを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子線装置において、前記最適化手段は、前記電子銃に近接して配置した二段の偏向器を含み、該二段の偏向器は前記カソードの結晶方位のうち電子線放出が大きい結晶方位が光軸方向を向いていないことにより前記光軸に対して角度をなす方向に放出された電子線を、光軸方向に向かわせるように偏向及び指向することを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の電子線装置において、前記二段の偏向器のうち電子銃側に配置された偏向器を電磁偏向器とし、試料側に配置された偏向器を静電偏向器としたことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項２に記載の電子線装置において、前記カソードの結晶は、遷移金属の炭化物、ホウ化物又は窒化物からなる結晶であること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、
前記最適化手段はカソード、カソード電位に近いアノード及びアノードを備え、
前記電子銃から複数の方向に放出された電子線のうち、特定の方向に放出された電子線のみを前記試料上に導き、その他の方向に放出された電子線は前記カソード電位に近いアノードに吸収させて捨てるようにした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、試料面上の電子線照射部から放出される前記二次電子を検出して該試料の評価を行い、該試料は試料面の一部に、電子線照射による絶縁破壊に関して比較的弱い領域を有し、前記最適化手段は、前記弱い領域には電子線を照射せず、その他の領域のみを電子線により照射するよう電子線の照射を制御する手段として構成されている、ことを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
請求項６に記載の電子線装置において、前記絶縁破壊に関して比較的弱い領域として、トランジスタのゲート酸化膜が形成されている領域と、その領域に電気的に接続された領域とが選択されるようになされていることを特徴とする電子線装置。
【請求項８】
請求項６に記載の電子線装置において、電子線の走査は試料面全面に対して実施されるようになされており、前記絶縁破壊に関して比較的弱い領域を電子線が走査する際に電子線がブランキングされるようになされていることを特徴とする電子線装置。
【請求項９】
請求項１に記載の電子線装置において、試料面上の電子線照射部から放出される前記二次電子を検出して該試料の評価を行い、試料面を、前記絶縁破壊に関して比較的弱い領域とその他の領域とに区分し、前記最適化手段は、双方の領域にそれぞれ異なるドーズレベルの電子線照射を行って試料面を評価すべく前記電子線の照射を制御する手段として構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の電子線装置において、熱カソードを有する前記電子銃から放出された電子線を開口に照射し、該開口を通過した電子線を試料に縮小投影し、二段の偏向器で上記試料を走査し、該試料から放出された二次電子を対物レンズが作る電界で加速し、Ｅ×Ｂ分離器で二次電子検出器に導くようになっており、前記最適化手段は、上記対物レンズ近傍の偏向色収差が最小になる位置に、上記二段の偏向器の偏向支点を設定する手段として構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１１】
請求項１の電子線装置において、上記電子銃は、空間電荷制限条件で動作することを特徴とする電子線装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の電子線装置において、上記開口は、正方形形状であることを特徴とする電子線装置。
【請求項１３】
請求項１１に記載の電子線装置において、上記試料には負の電圧が印加され、上記対物レンズの下極には上記試料よりもさらに低い電位の電圧が与えられることを特徴とする電子線装置。
【請求項１４】
請求項１に記載の電子線装置において、対物レンズと試料との間に一次電子線に対する減速電界を形成し、集束した電子線で該試料面を走査する電子光学系を備え、該試料から放出された二次電子が前記対物レンズを通過した後、該電子光学系から逸らせて検出されるようになっており、前記最適化手段は、前記対物レンズの作動距離をＷ、該対物レンズの前記試料側に最も近い電極のボーア径をＤとしたとき、
Ｗ＋Ｄ／２≦５ｍｍ
の寸法関係を設定する手段として構成されているたことを特徴とする、電子線装置。
【請求項１５】
請求項１に記載の電子線装置において、該装置は、減速電界対物レンズを有する電子光学系を用いて平坦なウェーハの周辺からＲｍｍ以上内側の領域を評価可能な電子線装置であり、前記最適化手段は、前記対物レンズの作動距離をＷ、該対物レンズの前記試料側に最も近い電極のボーア径をＤとしたとき、
Ｗ＋Ｄ／２≦Ｒｍｍ
の寸法関係を設定する手段として構成されていることを特徴とする、電子線装置。
【請求項１６】
請求項１に記載の電子線装置において、少なくとも前記対物レンズが、絶縁物材料から形成した軸対称構造の表面に選択的に金属をコーティングして作った電極を有することを特徴とする、電子線装置。
【請求項１７】
請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の電子線装置であって、１枚の試料上に前記請求項１６の特徴を有する電子光学系を複数並設したことを特徴とする電子線装置。
【請求項１８】
請求項１に記載の電子線装置において、該装置は、熱電子放出カソードから放出された電子線を試料に照射し、上記試料から放出された二次電子、反射電子、あるいは、吸収電子のいずれか一つを検出系へ検出するよう構成された電子光学鏡筒を有し、前記最適化手段は、上記熱電子放出カソードの加熱電力を変化させながら上記電子線を上記試料に照射したときの、上記検出系での信号／雑音比、あるいは雑音量の評価を行って上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定する手段として構成されていることを特徴とする電子線装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の電子線装置において、上記熱電子放出カソードから放出された電子線から試料に一定のビーム電流を流したとき、上記信号／雑音比が所定の値を超えるか、あるいは、上記雑音量が所定の値以下になるように、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することを特徴とする電子線装置。
【請求項２０】
請求項１８に記載の電子線装置において、上記熱電子放出カソードから放出された電子線から試料に一定のビーム電流を流したとき、上記信号／雑音比の加熱電力に対する増加率が所定の値以下になるか、あるいは、上記雑音量の減少率が所定の値以下になるように、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することを特徴とする電子線装置。
【請求項２１】
請求項１８に記載の電子線装置において、雑音電流／ビーム電流比の評価を行うことにより、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することを特徴とする電子線装置。
【請求項２２】
請求項１８に記載の電子線装置において、上記熱電子放出カソードの加熱電力を変化させたときの電子銃電流の変化が緩やかになるように、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を仮決定し、該仮決定後に、上記検出系での信号／雑音比、あるいは雑音量の評価に基づいて上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することを特徴とする電子線装置。
【請求項２３】
請求項１８に記載の電子線装置において、上記熱電子放出カソードの加熱電力と上記信号／雑音比との関係と、上記熱電子放出カソードの加熱電力と上記熱電子放出カソードの寿命との関係とを考慮して、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することを特徴とする電子線装置。
【請求項２４】
請求項１乃至２３のうちのいずれか１項に記載の電子線装置を用いて、加工中又は完成品のウェーハを評価する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】
本発明は電子線装置及びその電子線装置を用いたデバイスの製造方法に関し、詳しくは、最小線幅が０．１μm以下のデバイスパターンを有する試料を高いスループットでかつ高い信頼性で評価する電子線装置並びにその電子線装置を用いてプロセス途中のウエハーを評価することにより歩留りを向上させることができるデバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、検査対象物の表面上に形成されたパターンの欠陥を検出するため電子線に基づく検査装置、より特別には、例えば、検査対象物を電子線で照射し、画像データを形成すべく表面の特性によって変化する二次電子を検出し、画像データに基づき検査対象物の表面に形成されたパターンを高スループットで検査することを含む半導体製造プロセスにおけるウェーハ上の欠陥検査に有用な検査装置、及び、かかる検査装置を用いて高歩留まりで装置を製造する方法が提案されている。
そのような検査装置では、半導体装置の高集積化とパターンの微細化に伴って、高解像度及び高スループットを有する検査装置が要望されている。
【０００３】
電子線を細く集束して形成した電子ビームを試料の上に走査して照射し、最小線幅が０．１μm以下のデバイスパターンを有する試料の評価を行う電子線装置は既に提案されており、このような装置に使用される電子銃ではビーム径を細くかつ電流を大きくとることが必要であるので、カソードの温度を上げて輝度の高い状態で使用される。従って、カソードの特性として、一般的に、仕事関数が低いこと、融点が高く蒸気圧が低いこと、高温で物理的・化学的に安定であること等が要求されている。そのような特性を有する材料として、従来からＬａＢ６の単結晶体が利用されており、また、炭化タンタル（ＴａＣ）の単結晶体を利用することも検討されている。
【０００４】
ＬａＢ６とＴａＣとを比較すると、仕事関数については、ＬａＢ６の場合は２．６ｅＶでＴａＣの場合は３．４ｅＶであるが、一方、カソード材料の評価の目安の一つとされているフィギュアー・オブ・メリット（（ｆｉｇｕｒｅ  ｏｆ  ｍｅｒｉｔ）、その仕事関数を蒸気圧が１０-5トル（Ｔｏｒｒ）になる温度で割ったもので、これが小さいほど有利である）は、ＬａＢ６では１．２７×１０-3であるのに対して、ＴａＣでは１．２×１０-3と、ＴａＣの方がＬａＢ６よりも良いことが知られている。従って、高温ですぐれた安定性を有する観点からＴａＣをカソードの材料として使用することが望ましい。
【０００５】
しかしながら、ＴａＣチップを用いて電界放出を行うと、ＴａＣチップの結晶方位のうち電子線放出が大きい結晶方位が光軸方向を向いていないことにより、強度の大きい電子線が、電子線装置の光軸方向に放出されず、光軸に対して１９度の方向と３４度の方向にそれぞれ４回対称の位置(すなわち、光軸まわりに９０度ずつ離れた方向)に放出される。
【０００６】
従って、ＴａＣの使用は、そのまま電子線装置に利用できないという問題点があった。
従って、本発明の第１の目的は、上記課題を解決することにあり、光軸方向以外の方向に放出された電子線の内の一つを収差を最小にして光軸方向に導くことにより、フィギュアー・オブ・メリットが小さいにもかかわらず、光軸方向に強度の大きい電子線が放出されないため利用することが困難な材料についても、カソードの材料として利用できるような電子線装置を提供することにある。
【０００７】
また、従来、ＭＯＳトランジスタを含んだ試料を、電子線を用い高信頼性をもって、非破壊方式で評価を行う装置、及びそのような装置を用いて各プロセス終了後のウェーハを評価するデバイス製造方法は公知である。
【０００８】
電子線で試料上の全面をラスタ走査し、露光が必要な小領域のみビームを出し、その他の領域はビームをブランキングする技術は、電子線描画装置として公知である。
また、トランジスタのゲート酸化膜は年々薄くなっていくので、電子線の照射量が多くなると酸化膜の両面間に電位差が生じ、絶縁破壊を起こす場合があることも知られている。
【０００９】
従来の電子線を用いた欠陥検査装置（電子線装置）では、試料ウェーハの限られた面積の領域全体を電子線照射して、二次電子の検出が行われていた。
従来の電子線を用いた欠陥検査装置では、ゲート酸化膜が１nｍ以下になると、電子線照射量を比較的多くした場合に該電子線照射によって酸化膜が破壊される確率が無視できなくなる。しかしながら、一方で、電子線照射量を小さくすると画像形成時の信号のＳ／Ｎ比が悪くなり、信頼性の高い欠陥検出ができなくなるという問題点があった。
【００１０】
そこで上記の事情に鑑み、本発明の第２の目的は、ゲート酸化膜等の試料部分を破壊させないで、しかも信頼性の高い欠陥検査等を含む評価を行うことが可能な電子線装置を提供することを目的とする。
【００１１】
また、試料の欠陥等を検査する電子線装置の分野では、ＴＦＥ電子銃を使用して電子銃のクロスオーバを試料上に集束、走査し、試料からの二次電子を検出する電子線装置が知られている。
【００１２】
そのような電子線装置において、ＴＦＥ電子銃が使用される場合には、ビーム径が１００ｎｍで１００ｎＡ程度のビーム電流を得ることができるが、１００ＭＨｚのクロックで駆動させると、ショット雑音ｉNは、二次電子の透過率ηが５０％の場合、
ｉN＝  （２η×ｉｂ×Δｆ）１／２
＝（２ｅ×５０×１０-9×１００×１０6）1/2
＝１．２６５×１０-9Ａ
となり、(ここで、ｅは電子の電荷、ｉはビーム電流、Δｆは二次電子検出器の周波数帯域)
従って、Ｓ／Ｎは、
Ｓ／Ｎ＝  ｉｂ／ｉＮ
＝  ５０×１０-9／１．２６５×１０-9＝３９．５
となり、欠陥検査等を行うのに必要なＳ／Ｎ＞４５を満たさず、数回走査を行い、平均加算処理を行う必要があった。
【００１３】
従って、上述のような従来技術の問題点に鑑み、本発明の第３の目的は、１００ＭＨｚで走査を行い、平均加算処理を行わないで、１００ｎｍの解像度をＳ／Ｎ＞４５で得るためのビームを得ることができる電子線装置を提供することにある。
【００１４】
また、従来、減速電界型対物レンズを用いた電子線装置は、軸上色収差係数及び球面収差を小さくできるので有用であることが知られている。これに対し、減速電界型でない対物レンズを用いた場合、ウェーハの端部まで欠陥検出等の評価を行うことができることも公知である。
【００１５】
しかしながら、上記減速電界型対物レンズを備える電子線装置では、対物レンズとウェーハとの間に減速電界が形成されているので、ウェーハの端が光軸近くに来ると、ウェーハ周辺エッジによる電界の乱れで収差が発生し、正しい評価を行うことができないという問題がある。とくに最近の０．１μｍ以下のパターンの評価を行うには、ウェーハの周辺エッジから１５ｍｍ以上内側へ入った場所でないと評価を行うことができないといった問題があった。
【００１６】
一方、減速電界型でない対物レンズを用いる場合、軸上色収差が大きくビームを細く絞るとビーム電流が極端に小さくなるという問題があった。
従って、本発明の第４の目的は、軸上色収差係数の小さい対物レンズを用いて、ウェーハの評価の必要な領域は収差の影響を受けずに評価を行うことができる電子線装置を提供することにある。
【００１７】
赤外線検出器にＩ0の電流が流れている場合におけるショット雑音ｉf2は、
【００１８】
【数１】
2004534360.tif 000003
【００１９】
で表すことができ、また、電子銃が温度制限条件の場合は、上記Γは、１．０であり、また、電子銃が空間電荷制限条件の場合は、上記Γは、０．１から１．０までの間であることが従来において知られている（Ｒ．Ａ．Ｓｍｉｔｈ  ｅｔａｌ，“ＴＨＥ  ＤＥＴＥＣＴＩＯＮ  ＡＮＤ  ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ  ＯＦ  ＩＮＦＲＡ−ＲＥＤ  ＲＡＤＩＡＴＩＯＮ”  ＯＸＦＯＲＤ  ＡＴ  ＴＨＥ  ＣＬＡＲＥＮＤＯＮ  ＰＲＥＳＳ  １９６８，Ｐ１９５を参照）。
【００２０】
また、真空管雑音としてのショット雑音ｉn2は、
【００２１】
【数２】
2004534360.tif 000004
【００２２】
で表されることが知られている。但し、ｉn2＝雑音電流の２乗平均値、ｅ＝電子の電荷、Ｉp＝アノード直流電流、Ｂf＝信号増幅器の周波数帯域で、上記Γ２は、カソード温度Ｔkの減少関数であり、０．１６〜０．０１８の値が実測されている（電気通信学会編「通信工学ハンドブック」Ｐ．４７１（１９５７年）を参照）。
【００２３】
しかしながら、電子線装置での信号検出に関しては、上述のような赤外線技術や電子管技術の情報が有効に利用されておらず、ショット雑音は、Γ＝１として扱われている。そして、電子銃のカソード温度を上げるとショット雑音を減少させることができるにも拘わらず、カソード温度は、ショット雑音を考慮せずに決められている。
【００２４】
従って、本発明の第５の目的は、ショット雑音を考慮してカソード温度を設定することにより、ショット雑音を減少させてＳ／Ｎ比を高くし、もって、試料から放出される二次電子等を効率よく検出することができる電子線装置を提供することにある。
【００２５】
更に、本発明は、上記電子線装置を用いて製造途中若しくは完成品の半導体デバイスを検査することによって、検査精度及びスループットの向上を図ったデバイス製造方法を提供することを別の目的とする。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００２６】
上記目的は、カソードおよびアノードを有する電子銃から電子線を試料上に集束させて照射し、該試料から放出された二次電子を検出器へ入射させる電子線装置において、該装置が電子銃から試料へ放出される電子線の照射を最適化する手段を備えた電子線装置からなる本発明の特徴によって達成することができる。
【００２７】
この構成によって、上記した問題点が解決することができ、それによって試料への電子線の照射効率が増大し、したがって、電子線装置のＳ／Ｎ比が改善され、電子線装置の高スループット及び高信頼性に結びつく。
【００２８】
より詳細には、本発明の第１の目的は、第１の発明により達成され、該第１の発明では、カソード及びアノードを有する電子銃から放出された電子線を試料上に集束させて照射し、前記試料から放出された二次電子を検出器へ入射させる電子線装置において、前記最適化手段は、前記電子銃に近接して配置した二段の偏向器を含み、該二段の偏向器は、前記カソードの結晶方位のうち電子線放出が大きい結晶方位が光軸方向を向いていないことにより前記光軸に対して角度をなす方向に放出された電子線を、光軸方向に向かわせるように偏向及び指向するように構成されている。このように構成したことにより、光軸方向以外の方向に放出された電子線の内の一つを収差を最小にして光軸方向に導くことが可能となる。
【００２９】
また、第１発明の一つの実施形態において、前記二段の偏向器のうち電子銃側に配置された偏向器を電磁偏向器とし、試料側に配置された偏向器を静電偏向器として構成されている。このように構成したことにより、光軸方向以外の方向に放出された電子線を、偏向色収差を発生させずに光軸方向に導くことが可能となる。
【００３０】
第１発明の別の実施形態では、前記カソードの結晶は、遷移金属の炭化物、ホウ化物又は窒化物からなる結晶としている。
第１発明の別の態様では、電子銃から放出される電子線を試料上に集束させて照射し、前記試料から放出された二次電子を検出器へ入射させる電子線装置において、前記最適化手段は、カソードと、カソードの電位に近い電位を持つアノードと、アノードとを備え、前記電子銃から複数の方向に放出された電子線のうち、特定の方向に放出された電子線のみを前記試料上に導き、その他の方向に放出された電子線は前記カソード電位に近いアノードに吸収させて捨てるように構成されている。
【００３１】
前記第２の目的を達成するために、第２の発明によれば、試料に電子線を照射し、試料面上の電子線照射部から放出される二次電子を検出して該試料の評価を行う電子線装置において、試料面が、電子線照射により生じ得る絶縁破壊に関して比較的弱い領域が存在し、前記最適化手段は、前記弱い領域には電子線が照射されず、その他の領域のみが電子線により照射されるよう電子線の照射を制御する手段として構成されている、ことを特徴とする。
【００３２】
上記第２発明の電子線装置において、前記絶縁破壊に関して比較的弱い領域として、トランジスタのゲート酸化膜が形成されている領域と、その領域に電気的に接続された領域とが選択されるようにすることができる。
【００３３】
また、上記第２発明の電子線装置において、電子線の走査は試料面全面に対して実施されるようになされており、前記絶縁破壊に関して比較的弱い領域を電子線が走査する際に電子線がブランキングされるようにすることができる。
【００３４】
第２発明の他の態様によれば、試料面を、前記絶縁破壊に関して比較的弱い領域とその他の領域とに区分するとき、前記最適化手段は、各領域にそれぞれ異なるドーズレベルの電子線照射を行って試料面を評価するよう電子線の照射を制御する手段として構成されることを特徴とする。
【００３５】
本発明の第３の目的を達成するため、第３の発明によれば、熱カソードを有する電子銃から放出された電子線を開口に照射し、該開口を通過した電子線を試料に縮小投影し、二段の偏向器で上記試料を走査し、該試料から放出された二次電子を対物レンズが作る電界で加速し、Ｅ×Ｂ分離器で二次電子検出器に導く電子線装置において、前記最適化手段は、上記対物レンズ近傍の偏向色収差が最小になる位置に、上記二段の偏向器の偏向支点を設定する手段として構成されていることを特徴とする。
【００３６】
上記第２発明において、上記電子銃は、空間電荷制限条件で動作することができる。また、上記開口は、正方形形状にすることができる。また、上記試料には負の電圧が印加され、上記対物レンズの下極には上記試料よりもさらに低い電位の電圧を与えることができる。
【００３７】
本発明の第４の目的を達成するため、第４発明よれば、対物レンズと試料との間に一次電子線に対する減速電界を形成し、集束した電子線で該試料面を走査する電子光学系を備え、該試料から放出された二次電子が前記対物レンズを通過した後、該電子光学系から逸らせて該二次電子の検出を行う電子線装置において、前記最適化手段は、対物レンズの作動距離をＷ、該対物レンズの試料側に最も近い電極のボーア径をＤとしたとき、
Ｗ＋Ｄ／２≦５ｍｍ
の寸法関係を設定する手段であることを特徴とする。
【００３８】
第４の発明によれば、対物レンズの設計が上記式に従ってなされたので、少なくとも試料の周辺エッジから内側に５ｍｍ以上の被検査領域については、周辺エッジによる静電界の乱れの影響を実質的に受けることなく、収差の少ない状態で高精度に試料を評価できる。通常は、５ｍｍ角より大きいチップを作る場合が大部分であるので、ウェーハ周辺エッジから５ｍｍ以上離れた領域を評価できる第４発明の装置を用いることによって、大部分の試料の評価に対応できる。
【００３９】
第２発明の第２の態様によれば、減速電界対物レンズを有する電子光学系を用いて平坦なウェーハの周辺からＲｍｍ以上内側の領域を評価可能な電子線装置において、前記最適化手段は、対物レンズの作動距離をＷ、該対物レンズの試料側に最も近い電極のボーア径をＤとしたとき、
Ｗ＋Ｄ／２≦Ｒｍｍ
の寸法関係を設定する手段であることを特徴とする。
【００４０】
第２発明の第２の態様によれば、対物レンズの設計が上記式に従ってなされたので、少なくとも試料の周辺エッジから内側にＲｍｍ以上の被検査領域については、周辺エッジによる静電界の乱れの影響を実質的に受けることなく、収差の少ない状態で高精度に試料を評価できる。また、上記の式より、レンズのボーア径Ｄを小さくすれば、Ｒの値を小さく取って被検査領域を広げられ、よって、対物レンズの外径を小さくすることができることがわかる。
【００４１】
第２発明の第３の態様によれば、上記各態様において、少なくとも対物レンズが、絶縁物材料から形成した軸対称構造の表面に選択的に金属をコーティングして作った電極を有することを特徴とする。
【００４２】
第２発明の第３の態様によれば、対物レンズの径を更に小さくすることができるので、電子光学系を収容する鏡筒径を小さくすることができる。
第２発明の第４の態様によれば、１枚の試料上に電子光学系を複数並設したことを特徴とする。これによって、各々の電子光学系は、試料の異なる領域の夫々の電子画像を得ることができるので、試料評価のスループットを電子光学系の数分だけ向上させることができる。上記各態様では、対物レンズの径を小さくする設計が可能なので、電子光学系を複数並設することが可能となるが、第３の態様が最も対物レンズの外径を小さくすることができるので特に好ましい。
【００４３】
本発明の第５の目的を達成するため、第５の発明によれば、熱電子放出カソードから放出された電子線を試料に照射し、上記試料から放出された二次電子、反射電子、あるいは、吸収電子のいずれか一つを検出系に結像するよう構成された電子光学鏡筒を有する電子線装置において、前記最適化手段は、上記熱電子放出カソードの加熱電力を変化させながら上記電子線を上記試料に照射したときの、上記検出系での信号／雑音比、あるいは雑音量の評価を行って上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定する手段であることを特徴とする。
【００４４】
第５発明の第２の態様によれば、上記熱電子放出カソードから放出される電子線から試料に一定のビーム電流を流したとき、上記信号／雑音比が所定の値を超えるか、あるいは、上記雑音量が所定の値以下になるように、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することができる。
【００４５】
また、第５発明の第３の態様によれば、上記熱電子放出カソードから放出される電子線から試料に一定のビーム電流を流したとき、上記信号／雑音比の加熱電力に対する増加率が所定の値以下になるか、あるいは、上記雑音量の減少率が所定の値以下になるように、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することができる。
【００４６】
また、第５発明の第４の態様によれば、雑音電流／ビーム電流比の評価を行うことにより、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することができる。
また、第５発明の第５の態様によれば、上記熱電子放出カソードの加熱電力を変化させたときの電子銃電流の変化が緩やかになるように、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を粗調整し、該粗調整後に、上記検出系での信号／雑音比、あるいは雑音量の評価に基づいて上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定する精密調整を行うことができる。
【００４７】
また、第５発明の第６の態様によれば、上記熱電子放出カソードの加熱電力と上記信号／雑音比との関係と、上記熱電子放出カソードの加熱電力と上記熱電子放出カソードの寿命との関係とを考慮して、上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定することができる。
【００４８】
また、第６の発明によると、上記電子線装置のいずれかを用いて、加工中又は完成品のウェーハを評価することを特徴とするデバイス製造方法を提供する。
本発明の上記及び他の態様、並びに作用、効果は、添付図と共に以下の記載を参照することにより理解されるであろう。
【発明の実施の形態】
【００４９】
以下図面を参照して本発明による電子線装置の好適な実施形態を説明する。
(第１発明の実施の形態)
図１には、本発明の第１発明による実施形態の電子線装置１００が模式的に示されている。この電子線装置１００は、第一次光学系１１０と、第二次光学系１２０と、検査装置１３０とを備えている。第一次光学系１１０は、電子線を試料Ｓの表面（試料面）に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃１１１と、電子銃から放出された電子線を偏向させる電磁偏向器１１２及び静電偏向器１１３と、電子線を集束するコンデンサレンズ１１４と、開口角を決定するアパーチャ１１５と、電子線を試料上で走査する静電偏向器１１６及び１１７と、Ｅ×B分離器１１８と、対物レンズ１１９とを備え、それらは、図１に示すように電子銃１１１を最上部にして第一次光学系１１０の光軸Ａに沿って順に配置されている。
【００５０】
電子銃１１１は、＜１００＞方位の単結晶ＴａＣカソードを熱電界放出（ＴＦＥ）カソード１１１ａとして使用し、アノード１１１ｂで電子線を引き出すようにされている。電子線の放出方向と光軸Aとのなす角度は約１８．５°であるので、アノード１１１ｂは光軸Aに垂直な面Ｍ−Ｍに対して１８．５°の傾斜角度θを有する円錐形の形状で形成され、かつ４本のビームのうちの一本が通る孔１１１ｃが設けられている。
【００５１】
第二次光学系１２０は、第一次光学系１１０のＥ×Ｂ分離器１１８の近くで第一次光学系の光軸Ａに対して傾斜している光軸Bに沿って配置されている。
検査装置１３０は検出器１３１を備えている。
【００５２】
上記の電子線装置において、電子銃１１１のカソード１１１ａから放出された電子線は、アノード１１１ｂによって加速され、アノードの孔１１１ｃから出た電子線１５０は電磁偏向器１１２により偏向角αだけ矢印１５１の方向に（即ち、光軸方向へ）偏向され，更に、静電偏向器１１３により偏向角βだけ矢印１５２の方向に振り戻すことにより、光軸Aと一致する方向に電子線１５０を方向付けすることができる。このように、単結晶ＴａＣカソードの結晶方位のうち電子線放出が大きい結晶方位が光軸方向を向いていないことにより前記光軸に対して角度をなす方向に放出された電子線１５０を、二段の偏向器１１２，１１３で光軸方向に向かわせる（即ち、光軸方向に沿った方向に向かわせる）ことができる。
【００５３】
電子線は、次に、コンデンサレンズ１１４により集束され、対物レンズ１１９の電子銃側にクロスオーバーを形成し、更に対物レンズ１１９で試料Ｓに合焦される。この場合、電子線は静電偏向器１１６とＥ×Ｂ分離器１１８の静電偏向器１１７とで偏向され、試料Ｓ上に走査して照射される。
【００５４】
この電子線による照射により試料Ｓから放出された二次電子は、対物レンズ１１９と試料Ｓ間に印加された加速電界により加速・集束され、対物レンズ１１９を通過する。対物レンズを通過した二次電子はＥ×Ｂ分離器１１８により第二次光学系１２０の光軸Ｂに沿う方向に偏向され、検出装置１３０の検出器１３１で検出されて試料Ｓの評価がなされる。
【００５５】
上記のような電子線装置において、光学系の分解能を向上させるためには上記二段の偏向器の偏向色収差を小さくすることが必要である。そこで、カソード１１１ａの先端部及び電磁偏向器１１２の間の距離と、電磁偏向器１１２及び静電偏向器１１３の間の距離とを等しくすることにより、偏向角αは偏向角βの二倍になり偏向色収差を小さくすることができる。ＴａＣは角電流密度が１０ｍＡ／ｓｒという大きい値が得られるので１００ｎｍφで８００ｎAの電子線を得ることができ、カソードの結晶として好ましいが、カソードの結晶はこれに限定されるものではなく、炭化物、ホウ化物及び窒化物からなる他の遷移金属の結晶であってもよい。
【００５６】
また、遷移金属の種類に応じて、偏向器の数量、アノード１１１ｂの傾斜角度θ、及びアノードの孔１１１ｃの位置を適宜変更して、電子銃から複数の方向に放出された電子線のうち、特定の方向に放出された電子線のみを試料Ｓ上に導き、その他の方向に放出された電子線は全て捨てるようにすることも可能である。
【００５７】
図２は第１発明の第２の実施形態を示す図である。本実施形態においては、第一次光学系のコンデンサレンズ、アパーチャ、静電偏向器、Ｅ×B分離器及び対物レンズ、第二次光学系の各構成要素、並びに検査装置は第１の実施形態と同じ構成であり、従って、図２ではそれらの構成要素は省略し、第１の実施形態と異なる部分のみを示している。また、第１の実施形態と同じ構成要素については同じ符号を付して示している。本実施形態では、電子銃１１１のアノードを通常のアノード１１１ｄとは別にカソード電位に近いアノード１１１ｅを設けて、二段のアノード１１１ｄ，１１１ｅを配置している。アノード１１ｅは第１の実施形態におけるアノード１１１ｂと同様な形態となっている。このような構成において、カソード１１１ａから放出された捨てる方位の電子線はカソード電位に近いアノード１１１ｅで吸収される。それにより、アノードで発生する熱が少なくなり、電子銃電源１１１ｆを小さい容量のものにすることができる。本実施形態のその他の作用については、図１の第１の実施形態において説明したものと同様である。
【００５８】
なお、上記第２の実施の形態において、よりレベルの高い電子線放出を可能とする結晶方向を光軸方向に一致するように選択できるので、電磁偏向器１１２，１１３は必ずしも不可欠ではない。
【００５９】
上記第１発明によれば、以下のような効果を奏することが可能である。
（１）単結晶ＴａＣカソードによる強度が大きい電子線を有効に第一次光学系の光軸に導くことができる。
（２）電子線の１００ｎｍφのビーム寸法で８００ｎAの電子線電流を得ることが可能になったため、電子線装置のスループットが向上する。
（３）偏向色収差を殆ど発生させることなく、電子線を３８°程度偏向させることができる。
（４）ＬａＢ６と比較してフィギュアー・オブ・メリットが小さいＴａＣを使用することにより、長寿命でかつ高輝度の電子銃を得ることができる。
（５）第２の実施形態のように、アノードを二段にする場合には、エミッション電流の大部分をカソードに近い電流のアノードに吸収させるため、アノードでの熱吸収は小さく、電子銃電源を小さい容量のものとすることができる。
【００６０】
(第２発明の実施の形態)
図３には、本発明の第２発明の実施形態に係る電子線装置の概略図が示されている。
本実施形態に係る電子線装置２００は、一次電子ビームを射出するためウェーネルト２２１、カソード２２２及びアノード２２３からなる３電極電子銃２０１、後段のレンズに対し一次電子ビームの軸合わせを行う軸合わせ静電偏向器２２４、２２５、コンデンサレンズ２３８、静電偏向器２２７、Ｅ×Ｂ分離器（２２９，２３０）、対物レンズ２３１、軸対称電極２３２、並びに、試料２３３から放出された二次電子線を検出する検出器２２８を含む。また、試料２３３は、試料をＸＹ平面内で移動させるためのステージ上に配置される。これにより、試料２３３の被検査領域全体の二次電子画像を得ることができる。
【００６１】
電子銃２０１から放出された電子線は、コンデンサレンズ２３８で集束され、ブランキング偏向器２３８の偏向中心２４２にクロスオーバを作り、さらに対物レンズ２３１で集束され、試料２３３の表面上に微小なスポットを形成する。偏向器２２７とＥ×Ｂ分離器２２９、２３０の内の電磁偏向器２２９とでビームを偏向し、試料２３３上をラスタ走査する。試料２３３の走査点から発生した二次電子は、対物レンズ２３１が作る加速電場で加速され、集束され、Ｅ×Ｂ分離器２２９，２３０で図３における右方へ偏向され、二次電子検出器２２８で検出され、走査信号と共に試料面上のＳＥＭ画像を形成する。なお、この画像形成の前にレジストレーションを行い、試料２３３のどの位置を走査しているかを精度良く把握しておくものとする。
【００６２】
対物レンズ２３１及び試料２３３の間に設けられた軸対称電極２３２は、後述するように、試料面の電圧より更に低い電圧を与えることによって、軸上ポテンシャルを一部で試料面より下げ、高い電圧のパターンから出た二次電子を試料側へ追い返し、電位コントラストを測定可能にするためのものである。
【００６３】
コンデンサレンズ２３８は、一体のセラミックを加工して軸対称に基体２２６を作り、その表面を選択的に金属コーティング２３９を施すことによって、上部電極２３４、中央電極２３５及び下部電極２３６が形成される。これによって、外径の小さいコンデンサレンズを作ることが可能になった。コンデンサレンズ２３８は、リード線取り付け金具２３７を介して中央電極２３５に電圧が印加される。
【００６４】
対物レンズ２３１も、コンデンサレンズ２３８と同様に、一体のセラミックを軸対称に加工し、その表面を選択的に金属コーティングを施すことによって、上部電極２４３、中央電極２４４及び下部電極２４５が形成される。これによって、外径の小さい対物レンズを作ることが可能になった。対物レンズ２３１は、リード線取り付け金具２４６を介して中央電極２４４に電圧が印加され、このとき、対物レンズ２３１のレンズ作用と共に、該対物レンズ２３１と試料２３３との間に一次電子線に対する減速電界が形成される。
【００６５】
被評価試料２３３上に、ゲート酸化膜が形成されている場所のように、電子線照射による絶縁破壊に関して比較的弱い部分がある場合には、パターンデータから上記弱い領域とそれ以外の領域とを区分してパターンメモリ２４０に記憶させておく。そして、走査がその弱い領域に入るタイミングでブランキング制御回路２３９に信号を与え、上記弱い領域内の走査中にはブランキング偏向器２３８でビームを偏向させてブランキング開口２４１内を通過しないようにする。これによりビームは遮断され、試料２３３上へと行くことを防止される。このようなブランキングの方法は、試料台連続移動でラスタ走査しながらパターン描画を行う電子線描画装置（Herriott et al., EBES: A Practical Electron Lithography System, IEEE Transactions on Electron Devices Vol.- ED-22, No. 6, Jul. 1975 P385-391）に応用されているものと共通する技術であるので、特に詳細な説明を要しない。
【００６６】
図４には、前述した弱い領域とそれ以外の領域（すなわち強い領域）との代表的な区分例を示す。図４はＴＥＧ（Ｔｅｓｔ  Ｅｌｅｍｅｎｔ  Ｇｒｏｕｇｅ）上のＭＯＳトランジスタを抜き出したものである。ＭＯＳトランジスタは、ドレイン２１１、ソース２１２およびゲート２１３から成っている。電子線照射による絶縁破壊に関して比較的弱い領域として、ゲート酸化膜が薄い状態である、点線で囲まれた領域２１５と、ゲート２１３の、ゲート電極と接続されている領域を内側に含む、一点鎖線で囲まれた領域２１４とを区分した。ゲート２１３のパターンは斜めの線を含んでいるが、斜めの線が入るとデータ量が極端に増えるので、矩形のみで弱い領域を区画したものである。
【００６７】
ラスタ走査を符号２１６、２１７で示したように行う。すなわち、実線の部分２１６ではビームを通常の強度とし、破線の部分２１７ではブランキングしてビームが通過しないようにした。領域２１４，２１５のみを、ビームを弱くして再走査するか、あるいは、通常のビーム強度で且つ通常より速い走査速度で再走査してもよい。再走査の場合は、実線の部分２１６ではビームはブランキングされる。
【００６８】
代りに、領域２１４，２１５を前以てパターンメモリ２４０に記憶しておき、これらの領域２１４，２１５を走査するときに、これらの領域のみを弱いビームで走査するか、或いは、通常のビーム強度でかつ通常より速い走査速度で走査してもよい。
【００６９】
第２発明の電子線装置によれば、電子線照射による絶縁破壊に関して比較的弱い領域は、小さいドーズになるようにするか、あるいは、電子線照射が行われないようにビームを制御したので、ゲート酸化膜等を破壊させることなくウェーハの評価ができる。
【００７０】
一般に、上記弱い領域は、面積的にはごく小さい割合しかないので、その領域における欠陥を見落とすことになっても、実際に欠陥が存在する確率は全体から見れば無視できるくらい小さい。
【００７１】
また、どうしても評価もれがあると困る場合には、電子ビームのドーズを小さくし、Ｓ／Ｎ比が悪いのを我慢して検査することもできる。代りに、上記弱い領域へのドーズを通常のドーズ量と比べ、０とするかあるいは１／３、１／２等と選択できるようにすることもできる。
(第３の実施の形態)
第３発明にかかる電子線装置の好適な実施の形態を図５，６を参照しながら述べる。図５（ａ）に示すように、第３発明による電子線装置３００は、電子銃３５０と、一次電子線の軸合わせを行うための軸合わせ偏向器３０４，３０５と、コンデンサレンズ３０６と、板状のものにあけられた正方形形状の開口３０７と、ＮＡ開口３１９と、コンデンサレンズ３０９と、ＮＡ開口３１９とコンデンサレンズ３０９の軸合わせを行うための軸合わせ偏向器３０８，３２０と、一次電子線走査用の静電偏向器３１０と、静電偏向器３１１と電磁偏向器３１２とから構成されたＥ×Ｂ分離器３１３と、上部電極３１４と中央電極３１５と下部電極３１６とから構成された対物レンズ３６０と、試料３１７から放出された二次電子の検出信号を検出する検出系の二次電子検出器３１８とを有している。
【００７２】
上記電子銃３５０は、熱電子放出カソード３０１と、ウェーネルト３０２と、アノード３０３とから主に構成されており、一次電子線を放出して試料３１７に照射するためのものである。熱電子放出カソード３０１は、表面の結晶方位が＜１００＞の単結晶ＬａＢ6を先端部の直径が５０μｍになるように研磨されて形成されている。ウェーネルト３０２には、直径が１．５ｍｍの開口を有する平坦ウェーネルトが用いられている。また、アノード３０３は、直径が８ｍｍの開口を有しており、ウェーネルト３０２から光軸方向に５ｍｍ離れた位置に配置されている。
【００７３】
電子銃３５０の熱電子放出カソード３０１から放出された一次電子線は、軸合わせ偏向器３０４，３０５によってコンデンサレンズ３０６に対して軸合わせが行われて、開口３０７に照射され、開口３０７によって正方形形状のビーム径に形成される。開口３０７を通過した一次電子線は、軸合わせ偏向器３０８，３２０によってＮＡ開口３１９とコンデンサレンズ３０９に対して軸合わせが行われ、コンデンサレンズ３０６によって集束されてＮＡ開口３１９にクロスオーバを形成する。ＮＡ開口３１９を通過した一次電子線は、コンデンサレンズ３０９（縮小レンズ）によって対物レンズ３６０上に集束される。コンデンサレンズ３０９によって試料３１７上に集束された一次電子線は、対物レンズ３６０によって試料３１７に１００ｎｍ角のビーム径として縮小投影されて結像される。
【００７４】
上記試料３１７には、−４０００Ｖの負の電圧が印加され、対物レンズ３６０の下部電極３１６には−４１００Ｖの負の電圧が印加される。すなわち、対物レンズ３６０の下部電極３１６には試料３１７に印加された負の電圧よりもさらに低い電位の電圧が与えられる。このようにすることにより、試料３１７面上の高電位パターンから放出された二次電子を追い戻し、低電位パターンから放出された二次電子を選択的に対物レンズ３６０を通過させることができるので、試料３１７上の電位コントラストを良いＳ／Ｎ比で得ることができる。
【００７５】
対物レンズ３６０の中央電極３１５には、２０ＫＶの電圧が印加されるため、通常動作では試料３１７の走査点から放出された二次電子は、対物レンズ３６０の中央電極３１５に印加された正の高電圧で引かれて加速（対物レンズ３６０が作る電界で加速）・集束され、Ｅ×Ｂ分離器３１３によって一次光学系から分離され、二次電子検出器３１８に集められる。このＥ×Ｂ分離器３１３は、８極の静電偏向器３１１の外側にサドル型偏向器を巻き、その外側にパーマロイリングでコアを形成したものである。
【００７６】
試料３１７上の走査は、静電偏向器３１０とＥ×Ｂ分離器３１３の静電偏向器３１１との二段の偏向器による二段偏向によって行われる。このとき、対物レンズ３６０近傍の偏向色収差が最小になる位置に、上記二段の偏向器の偏向支点が設定されている。より具体的には、上記二段の偏向器の偏向支点は、対物レンズ３６０の上部電極３１４の少し上方に設定されており、これによって、対物レンズ３６０近傍の偏向色収差を最小にしている。
【００７７】
例えば、図５（ｂ）に示されるように、第1の静電偏向器  ３１０の偏向量を固定したまま第2の静電偏向器３１１の偏向量を変化させた場合、一次電子線の軌道は矢印Ａ，Ｂ，Ｃで示したように変化し、したがって、二段の偏向器の偏向支点はａ，ｂ，ｃで示したように変化する。偏向色収差が最小になる位置は、最適位置を見出すべく二段偏向器の偏向量を変化させながらビームのボケを測定することによって決定することができる。
【００７８】
検出器３１８は、結像された二次電子を検出し、その強度を表す電気信号（二次電子の検出信号）として図示しない画像形成部に出力する。また、該画像形成部には、静電偏向器３１０及び静電偏向器３１１に与えられた一次電子線を偏向させるための走査信号がさらに供給される。画像形成部は、走査信号と電気信号とから画像データを合成して、試料３１７の被走査面を表す画像（ＳＥＭ像）を構成ないしは表示することができる。この画像データを、欠陥の存在しない試料の基準データと比較することにより、試料３１７の欠陥を検出することができる。
【００７９】
Ｅ×Ｂ分離器３１３の複数の電極は、機械加工可能なセラミックスを加工して形成し、その表面に選択的に金属コーティングを施すことによって形成されているため、外径を小さくすることができる。また、電磁偏向器３１２はサドル型偏向器であるため、外径を小さくすることができる。このためＥ×Ｂ分離器３１３は、直径が略４０ｍｍの外径にすることができ、スループットを向上させることができる。すなわち、例えば、一枚の試料３１７上に１２本の電子光学鏡筒を配置すれば、１２倍の高スループットを得ることができる。
【００８０】
また、上述のように、対物レンズ３６０近傍の偏向色収差を最小にすることにより、直径が１１０ｎｍのビーム径で、２０ｎＡ以上のビーム電流を得ることができる。以下、これについてより具体的に述べる。図６には、二段偏向器による偏向支点が対物レンズ３６０の近傍で偏向色収差が最小となるように設定され、かつ、対物レンズ３６０の下部電極３１６と試料３１７との光軸方向の距離を２ｍｍとした場合における、上記光学系で得られるビーム電流を算出したグラフを示している。
【００８１】
より詳細には、上部電極３１４，中央電極３１５，下部電極３１６の穴径は、それぞれ４ｍｍ，２ｍｍ，３ｍｍであり、これら三つの電極の各スペースは２ｍｍであり、また、各電極の厚みは２ｍｍである。二段の偏向器３１０，３１１の偏向支点はほぼ上部電極３１４の下面位置に設定され、また、物点は中央電極３１５の上面より１００ｍｍ上方に設定されている。
【００８２】
図６において、Ｃｔは偏向色収差を示し、Ｃａｘは軸上色収差を示し、Ｃｏはコマ収差を示し、Ｓｐは球面収差を示し、Ａｓは非点収差を示している。また、Ｔは、直径が１１０ｎｍのビーム径を得るときの試料３１７上での収差のないビーム直径であり、
Ｔ2＝１１０2−Ｃｔ2−Ｃａｘ2−Ｃｏ2−Ｓｐ2−Ａｓ2
から得ることができ、図６に示すように曲線になる。また、符号３９０は、右下がり４５度の傾斜をもつ直線であり、この直線９０と曲線Ｔとの接点が最適値、すなわち、直径１１０ｎｍのビームで最大のビーム電流が得られる状態となる。すなわち、開口半角＝３３ｍｒａｄ、Ｔｏｐｔ＝７６．４ｎｍであり、ビーム電流Ｉは、
Ｉ＝  πα２Ｂ・π(ｄ／２)２
＝  π2（３３×１０−3）2×（７６．４×１０-5／２）2×１．５×１０5
＝（π×１．２６×１０-5×１×１０-2）2×１．５×１０5
＝２３．５ｎＡ
(ただし、α：開口半角、ｄ：Ｔｏｐｔ、Ｂ：輝度)
となり、２０ｎＡ以上のビーム電流が得られることがわかる。以上は、クロスオーバ像を縮小してプローブとした場合の計算であり、開口を通過した電子線の縮小像をプローブとした場合は、さらに大きいビーム電流が得られる。
【００８３】
また、電子銃３５０は、空間電荷制限条件で動作させることができる。この場合、ショット雑音ＩNは、ＴＦＥ電子銃と同様に二次電子の透過率を５０％とすると、
ＩN＝Г×（２ｅＩΔｆ）1/2
（ただし、Г＝０．１３  Ｉ＝２０×０．５×１０−９＝１０×１０−９）
＝０．１３×（２×１．６×１０−19×１０×１０-9×１００×１０6）1/2
＝７．３５×１０-11Ａ
となり、従って、Ｓ／Ｎは、
Ｓ／Ｎ＝１０×１０-9／７．３５×１０-11＝１３６
となり、ショット雑音を小さくすると共に、欠陥検査等を行うのに必要なＳ／Ｎ＞４５を満たし、従来のように、２回あるいは４回等の走査を行って平均加算処理を行う必要がなく、１回の走査で１００ＭＨｚ以上の周波数で動作しても十分な信号を得ることができると共に、１００ｎｍの解像度をＳ／Ｎ＞４５で得るためのビームを得ることができる。
【００８４】
第３発明の第１の態様によれば、熱カソードを有する電子銃から放出された電子線を開口に照射し、該開口を通過した電子線を試料に縮小投影し、該試料から放出された二次電子を対物レンズが作る電界で加速し、Ｅ×Ｂ分離器で二次電子検出器に導く電子線装置において、二段の偏向器で上記試料を走査するとき、上記対物レンズ近傍の偏向色収差が最小になる位置に、上記二段の偏向器の偏向支点が設定されているため、偏向してもビーム径が大きくならない。また、開口の縮小像をビームとしているので、大きなビーム電流を得ることができる。
【００８５】
第３発明の他の態様によれば、第３発明の第１の態様において、上記電子銃を、空間電荷制限条件で動作するようにしたため、ショット雑音を小さくすると共に、欠陥検査等を行うのに必要なＳ／Ｎ＞４５を満たし、平均加算処理を行う必要がなく、１回の走査で十分な信号を得ることができると共に、１００ｎｍの解像度をＳ／Ｎ＞４５で得るためのビームを得ることができる。
【００８６】
第３発明の第３の態様によれば、第３発明の第１の態様において、上記開口を、正方形形状にしたため、小さな輝度で大きなビーム電流を得ることができる。
第３発明の第４の態様によれば、第３発明の第１の態様において、上記試料には負の電圧が印加され、上記対物レンズの下極には上記試料よりもさらに低い電位の電圧が与えられるため、試料上の電位コントラストを良いＳ／Ｎ比で得ることができる。
(第４発明の実施の形態)
図７には、第４発明の第１の実施形態に係る電子線装置の側断面図及び上面図が各々示されている。
【００８７】
図７の上面図に示すように、本実施形態に係る電子線装置は、同様構成の複数の鏡筒４０２（図７の例では８個）をウェーハ４０８上に並設して構成されている。このうちの１つの鏡筒４０１は、図７の側断面図に示すように、一次電子ビームを射出するためウェーネルト４２１、カソード４２２及びアノード４２３からなる３電極電子銃４２０、後段のレンズに対し一次電子ビームの軸合わせを行う軸合わせ静電偏向器４２４、４２５、コンデンサレンズ４３８、静電偏向器４２７、Ｅ×Ｂ分離器（４２９，４３０）、対物レンズ４３１、軸対称電極４３２、並びに、ウェーハ４０８から放出された二次電子線を検出する検出器４２８を含む。また、ウェーハ４０８は、該ウェーハをＸＹ平面内で移動させるためのステージ４４７上に配置される。これにより、ウェーハ４０８の被検査領域全体の二次電子画像を得ることができる。
【００８８】
各々の鏡筒では、電子銃４２０から放出された一次電子ビームが、コンデンサレンズ４３８によりＥ×Ｂ分離器（４２９，４３０）の電子銃側に一度クロスオーバーを結像し、更に対物レンズ４３１で試料面４３３に合焦される。このとき、静電偏向器４２７と電磁偏向器４２９とで一次電子ビームを試料面４３３上で走査する。ウェーハの走査点から放出された二次電子ビームを対物レンズ４３１で加速し、該レンズを通過した後、Ｅ×Ｂ分離器（４２９，４３０）により図の点線方向に偏向し、検出器４２８で検出する。検出器４２８の出力信号は、図示しない画像処理部に送られ、そこで試料面４３３の二次電子画像が形成される。
【００８９】
対物レンズ４３１及びウェーハ４０８の間に設けられた軸対称電極４３２は、後述するように、試料面の電圧より更に低い電圧を与えることによって、軸上ポテンシャルを一部で試料面より下げ、高い電圧のパターンから出た二次電子を試料側へ追い返し、電位コントラストを改善にするためのものである。トポロジー像や物質差の像を得るときには、軸対称電極４３２には、ウェーハ４０８より高い電圧を与えて二次電子検出効率を高めるようにしている。
【００９０】
コンデンサレンズ４３８は、一体のセラミックを加工して軸対称に基体４２６を作り、その表面を選択的に金属コーティング４３９を施すことによって、上部電極４３４、中央電極４３５及び下部電極４３６が形成される。これによって、外径の小さいコンデンサレンズを作ることが可能になった。コンデンサレンズ４３８は、リード線取り付け金具４３７を介して中央電極４３５に電圧が印加される。
【００９１】
対物レンズ４３１も、コンデンサレンズと同様に、一体のセラミックを軸対称に加工し、その表面を選択的に金属コーティングを施すことによって、上部電極４４０、中央電極４４２及び下部電極４４３が形成される。これによって、外径の小さい対物レンズを作ることが可能になった。対物レンズ４３１は、リード線取り付け金具４４５を介して中央電極４４２に電圧が印加され、このとき、対物レンズ４３１のレンズ作用と共に、該対物レンズ４３１とウェーハ４０８との間に一次電子線に対する減速電界が形成される。
【００９２】
このように本実施形態では、コンデンサレンズ４３８及び対物レンズ４３１に、外径の小さい電極を使用することが可能となったので、鏡筒４０１全体の外径を小さくすることができ、よって図７に示すように複数の鏡筒を並設することが可能となった。各々の鏡筒は、ウェーハ４０８の異なる領域の夫々の二次電子画像を得ることができるので、ウェーハ評価のスループットを鏡筒数分だけ向上させることができる。
【００９３】
図８は、対物レンズ４３１の作動距離Ｗと、該対物レンズ４３１のウェーハ側に最も近い下部電極４３２のボーア（bore；開口）径Ｄとをパラメータとし、ウェーハ試料面の外径寸法を変えた時の対物レンズの合焦条件を満たす中央電極に与える電圧をシュミレーション計算した結果である。ここで、対物レンズ４３１の作動距離Ｗとは、試料面４３３と、対物レンズ４３１のウェーハ側に最も近い下部電極４３２の下面との間の距離をいう。
【００９４】
同図に示すように、縦軸は、試料面の外径寸法が十分大きい場合の合焦条件を満たす中央電極４４２に与える電圧Ｖ20とし、試料面外径寸法をＲｍｍとしたときの合焦条件を満たす中央電極に与える電圧をＶRとしたとき、両者の差をＶ20で正規化した値、即ち｜Ｖ20−ＶR｜／Ｖ20である。
【００９５】
合焦条件が変わることは、試料面の外径の影響を受けて軸上ポテンシャル分布が変化していることを意味する。｜Ｖ20−ＶR｜／Ｖ20の値が１０-4以下では、試料面の外径の影響は無視できると判断した。
【００９６】
図８から明らかなように、Ｗ＝２ｍｍとしたとき、ボーア径が１４ｍｍのときは、試料面外径寸法Ｒが９ｍｍ以上、ボーア径が１０ｍｍの場合は、Ｒが７ｍｍ以上、ボーア径が４ｍｍφの場合は４ｍｍ以上、２ｍｍの場合はＲが３ｍｍ以上で合焦条件を示す電圧差が１０-4以下になっている。従って、作動距離Ｗ＋ボーア径Ｄ／２≦Ｒであれば試料面の外径の影響が実質的に無いと判断できる。
【００９７】
以上の結果より、ウェーハ８の周辺エッジからＲｍｍ以上内側の領域を評価可能にしたい場合、
Ｗ＋Ｄ／２≦Ｒ                                  （１）
となるように軸対称の対物レンズ４３１を製作すれば、ウェーハ周辺エッジより内側にＲｍｍ以上離れた試料面４３３の被検査領域を、ウェーハ４０８の周辺エッジの影響を実質的に回避して適切に評価できると考えられる。
【００９８】
また、８”（インチ）ウェーハや１２”（インチ）ウェーハで評価を行う必要のある領域は、５ｍｍ角のチップを作る場合でもウェーハ端から５ｍｍ以内しか離れていない領域を評価する必要はない。通常は、５ｍｍ角より大きいチップを作る場合が大部分であるので、ウェーハ周辺エッジから５ｍｍ以上離れた領域を評価できれば十分である。従って、この場合、（１）式は、
Ｗ＋Ｄ／２≦５ｍｍ                              （２）
とすれば良い。
【００９９】
本実施形態に係る電子線装置は、得られた二次電子画像に基づいて、例えば、以下のようにウェーハ４０８の評価を行う。
パターンマッチングによるウェーハ４０８のパターン欠陥検査法では、電子線装置を制御する図示しない制御部が、そのメモリに予め蓄えられていた欠陥の存在しないウェーハの二次電子線基準画像と、実際に検出された二次電子線画像とを比較照合し、両者の類似度を算出する。例えば、類似度が閾値以下になった場合、「欠陥有り」と判定し、閾値を超える場合には「欠陥無し」と判定する。このとき、図示しないディスプレイに検出画像を表示してもよい。これによって、オペレータは、ウェーハ４０８が実際に欠陥を持つか否かを最終的に確認、評価することができる。更に、画像の部分領域毎を比較照合し、欠陥が存在する領域を自動的に検出してもよい。
【０１００】
また、同じダイを多数有するウェーハの場合、上記のように基準画像を用いる必要無しに、検出されたダイ同士の検出画像を比較することによっても欠陥部分を検出できる。例えば、１番目に検出されたダイの画像と２番目に検出された他のダイの画像とが非類似であり、３番目に検出された別のダイの画像が１番目の画像と同じか又は類似と判断されれば、２番目のダイ画像が欠陥を有すると判定される。更に詳細な比較照合アルゴリズムを用いれば、２番目のダイ画像の欠陥部分を検出することも可能である。
【０１０１】
また、本電子線装置は、ウェーハ上に形成されたパターンの線幅を測定する線幅測定装置として用いることができる。ウェーハ上の実際のパターンをある一定の方向に走査したときの実際の二次電子の強度信号が予め較正して定められたスレッショールドレベルを連続的に超える部分の幅を当該パターンの線幅として測定することができる。このように測定された線幅が所定の範囲内にない場合、当該パターンが欠陥を有すると判定することができる。
【０１０２】
上記線幅測定法は、ウェーハ４０８が複数の層から形成されているときの各層間の合わせ精度の測定にも応用することができる。例えば、一層目のリソグラフィで形成される第１のアライメント用パターンの近傍に、２層目のリソグラフィで形成される第２のアライメント用パターンを予め形成しておく。これらの２本のパターン間隔を上記線幅測定方法を応用して測定し、その測定値を設計値と比較することにより２層間の合わせ精度を決定することができる。勿論、３層以上の場合にも適用することができる。この場合、第１及び第２のアライメント用パターンの間隔を、電子線装置の複数の一次電子線の隣接するビーム間間隔とほぼ等しい間隔に取っておけば、最小の走査量で合わせ精度を測定できる。
【０１０３】
更に、本電子線装置は、ウェーハ４０８上に形成されたパターンの電位コントラストを測定する装置としても使用できる。例えばウェーハ電位０Ｖに対して軸対称電極４３２に−１０Ｖの電位を与えたとき、ウェーハに形成された２つのパターンは、夫々−４Ｖと０Ｖの電位であるとする。この場合、低電位のパターンから放出された二次電子は−２Ｖ等電位面で２ｅＶの運動エネルギーに相当する上向きの速度を持っているので、このポテンシャル障壁を越え、軸対称電極４３２から脱出し、検出器で検出される。一方、高電位パターンから放出された二次電子は−２Ｖの電位障壁を越えられず、ウェーハ面に追い戻されるので、検出されない。従って、低電位のパターンの検出画像は明るく、高電位パターンの検出画像は暗くなる。かくして、ウェーハ４０８の被検査領域の電位コントラストが得られる。検出画像の明るさと電位とを予め較正しておけば、検出画像からパターンの電位を測定することができる。そして、この電位分布からパターンの欠陥部分を評価することができる。
【０１０４】
更に、本電子線装置にブランキング偏向器を設け、この偏向器によって一次電子線をクロスオーバー結像点付近に設けられた図示しないストッパーに所定周期で偏向させ、当該ビームを短時間のみ通して他の時間は遮断することを繰り返すことによって、短いパルス幅のビーム束を作ることが可能となる。このような短パルス幅ビームを用いて上記したようなウェーハ上の電位測定等を行えば、高時間分解能でデバイス動作を解析可能となる。即ち、本電子線装置をいわゆるＥＢテスターとして使用することができる。
【０１０５】
以上が第４発明の好適な実施形態であるが、第４発明は、上記例にのみ限定されるものではない。
例えば、対物レンズ作動距離Ｗ及びボーア径Ｄとして、ウェーハに最も近い下部電極４３２に関する値を用いたが、この下部電極が設けられていないか或いは作動していない場合、対物レンズ４３１の電極４４３に基づいて対物レンズ作動距離Ｗ及びボーア径Ｄを決定することができる。
【０１０６】
また、上記例では、被検査試料として半導体ウェーハを例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出可能なパターン等が形成された任意の試料、例えばマスク等を評価対象とすることができる。
【０１０７】
また、電子線装置の構成は任意好適に変更可能であり、小径のレンズは、コンデンサレンズ及び対物レンズに限らず、適用することができる。
更に、ウェーハ４０８のパターンを検査することができる限り、電子以外の荷電粒子を用いてもよい。
【０１０８】
以上詳細に説明したように第４発明の電子線装置によれば、軸上色収差係数及び球面収差を小さくできる減速電界型対物レンズを用いた電子線装置において、試料の周辺エッジの影響を実質的に受けることなく高精度に試料の評価を行うための対物レンズの設計指針が得られた、という優れた効果がある。
【０１０９】
また、第４発明の一つの態様によれば、少なくとも対物レンズが、絶縁物材料から形成した軸対称構造の表面に選択的に金属をコーティングして作った電極を有するようにしたので、レンズ径を小さくすることができる、という優れた効果が得られる。
【０１１０】
更に、第４発明の別の態様によれば、１枚の試料上に電子光学系を複数並設したので、試料の評価のスループットを向上させることができる、という優れた効果が得られる。
(第５発明の実施の形態)
図９は、第５発明に係る電子線装置の一つの実施の形態を概略的に示す図である。図９に示すように、電子線装置は、構成が同じ複数の電子光学鏡筒５６０（図示の例では８個）を試料５１２上に並設して構成されている。このうちの一つの電子光学鏡筒５６１は、電子銃５５０と、一次電子線の軸合わせを行うための軸合わせ偏向器５０４，５０５と、コンデンサレンズ５０６と、一次電子ビーム走査用の静電偏向器５０７と、電磁偏向器５０９と静電偏向器５１０とから構成されたＥ×Ｂ分離器５５１と、対物レンズ５１１と、試料５１２から放出された二次電子、反射電子、あるいは、吸収電子のいずれか一つの検出信号を検出する検出系の検出器５０８とを有している。
【０１１１】
電子銃５５０は、ウェーネルト５０２と、熱電子放出カソード５０１と、アノード５０３とで構成され、一次電子線を放出して試料５１２に照射するためのものである。上記熱電子放出カソード５０１は、単結晶ＬａＢ6で形成されている。電子銃５５０の熱電子放出カソード５０１から放出された一次電子線は、軸合わせ偏向器５０４，５０５によってコンデンサレンズ５０６に対して軸合わせが行われ、コンデンサレンズ５０６によって試料５１２に集束される。コンデンサレンズ５０６によって集束された一次電子線は、対物レンズ５１１によって試料５１２に結像される。これと同時に、静電偏向器５０７とＥ×Ｂ分離器５５１の電磁偏向器５０９とで、試料５１２の面上を走査するように偏向される。電磁偏向器５０９による偏向角は、静電偏向器５０７の偏向角の略二倍になるように設定されているため、偏向色収差は、ほとんど生じない。
【０１１２】
試料５１２上の走査点から放出された二次電子、反射電子、あるいは、吸収電子のいずれか一つは、対物レンズ５１１の中央電極５１９に印加された正の高電圧で引かれて加速・集束され、Ｅ×Ｂ分離器５５１によって一次光学系から分離され、二次光学系に投入されて、検出器５０８に結像される。
【０１１３】
検出器５０８は、結像された二次電子、反射電子、あるいは、吸収電子のいずれか一つを検出し、その強度を表す電気信号（二次電子、反射電子、あるいは、吸収電子のいずれか一つの検出信号）として図示しない画像形成部に出力する。また、該画像形成部には、静電偏向器５０７及び電磁偏向器５０９に与えられた一次電子線を偏向させるための走査信号がさらに供給される。画像形成部は、走査信号と電気信号とから画像データを合成して、試料５１２の被走査面を表す画像（ＳＥＭ像）を構成ないしは表示することができる。この画像データを、欠陥の存在しない試料の基準画像データと比較することにより、試料５１２の欠陥を検出することができる。
【０１１４】
また、図９に示すように、コンデンサレンズ５０６は、一体の絶縁材料としてのセラミックを加工して複数の電極を形成し、その表面に選択的に金属コーティングを施すことによって形成されたレンズである。コンデンサレンズ５０６の複数の電極は、上部電極５１４、中央電極５１５、及び下部電極５１６で構成されており、コンデンサレンズ５０６は、リード線取付金具５５２を介して電圧が印加される。また、対物レンズ５１１も、コンデンサレンズ５０６と同様に、一体の絶縁材料としてのセラミックを加工して複数の電極を形成し、その表面に選択的に金属コーティングを施すことによって形成されたレンズである。対物レンズ５１１の複数の電極は、上部電極５１８、中央電極５１９、及び下部電極５２０で構成されており、対物レンズ５１１は、リード線取付金具５５３を介して電圧が印加される。このように、加工されたコンデンサレンズ５０６及び対物レンズ５１１は、外径の小さいレンズにすることができるため、電子光学鏡筒５６１の外径を小さくすることができ、一枚の試料５１２上に数多くの電子光学鏡筒５６１を並設させることができる。
【０１１５】
次に、第５発明の特徴について説明する。上記熱電子放出カソード５０１の加熱電力を、熱電子放出カソード５０１の両側に押しつけられたグラファイト（図示せず）に流す電流によって調整する。熱電子放出カソード５０１の加熱電力の粗調整は、従来において行われているように、熱電子放出カソード５０１の加熱電力を増加させたときの、電子銃５５０のエミッション電流の増加率が小さくなるように設定する。その後、軸合わせ偏向器５０４，５０５、及び静電偏向器５０７によってレンズに対する軸合わせを行い、前述のように一次電子線を試料５１２に照射し、静電偏向器５０７とＥ×Ｂ分離器５５１の電磁偏向器５０９とに走査電圧及び走査電流を重畳することによって、試料５１２の面上を走査する。そして、ベアシリコン等の平坦な試料５１２上をライン走査したときの二次電子信号（検出信号）をＣＲＴ（陰極線管）に表示すると共に、雑音計５６２でショット雑音の実効値を測定する。雑音計５６２は、二次電子信号をバンドパスフィルターを通し、その帯域に含まれる雑音電流を整流、平滑してメータを振らせ、実効値を表示する様設計されている。
【０１１６】
次に、熱電子放出カソード５０１に一定のビーム電流を流し、熱電子放出カソード５０１の加熱電力を変化させながら一次電子線を試料５１２に照射したときの、検出器５０８での信号／雑音比（Ｓ／Ｎ比）、あるいは、雑音量の評価を行って熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を決定する。
【０１１７】
図１０のグラフには、熱電子放出カソード５０１に一定のビーム電流を流し、熱電子放出カソード５０１の加熱電力を変化させながら一次電子線を試料５１２に照射したときの、検出器５０８での信号／雑音比（Ｓ／Ｎ比）及び雑音量の測定値を示している。図１０において、符号５２１で示す曲線は、熱電子放出カソード５０１に一定のビーム電流を流したときのＳ／Ｎ比を表す曲線を示している。符号５２２で示す曲線は、熱電子放出カソード５０１の電力と温度との関係から推定した熱電子放出カソード５０１の寿命を表す曲線を示している。符号５２３で示す曲線は、電子銃５５０のエミッション電流を表す曲線を示している。符号５２４で示す曲線は、熱電子放出カソード５０１に一定のビーム電流を流したときの雑音量を表す曲線を示している。なお、熱電子放出カソード５０１の加熱電力の粗調整は、電子銃５５０の電子銃電流が飽和する領域（符号５２５から符号５２５’までの領域）で設定している。
【０１１８】
図１０に示すグラフからわかるように、熱電子放出カソード５０１の加熱電力を上げると、すなわち、熱電子放出カソード５０１の温度を上昇させると、ショット雑音（電子数が統計的にばらつくことに起因する雑音量）が減少し、これによって、Ｓ／Ｎ比が高くなっている。従って、熱電子放出カソード５０１から放出される電流から一定のビーム電流を試料に流し、熱電子放出カソード５０１の加熱電力を変化させながら一次電子線を試料５１２に照射したときの、検出器５０８での信号／雑音比（Ｓ／Ｎ比）、あるいは、雑音量の評価を行って熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を決定することにより、ショット雑音を減少させてＳ／Ｎ比を高くし、もって、試料から放出される二次電子等をＳ／Ｎ比よく検出することができる。また、熱電子放出カソード５０１の温度を必要以上の高い温度にならないようにすることができるので、熱電子放出カソード５０１の寿命を長くすることができる。また、従来のエミッション電流が飽和する条件でカソード温度を容易に仮設定することにより、Ｓ／Ｎ比の高くなる条件を比較的短時間で設定することができ、最適のカソード加熱電流を容易に設定することができる。さらに、従来の方法で熱電子放出カソード５０１の加熱電力の粗調整を行い、上述した本発明の方法で熱電子放出カソード５０１の加熱電力の微調整を行うことにより、短時間で最適のカソード加熱条件を設定することができる。
【０１１９】
また、熱電子放出カソード５０１から放出される電子流から試料に一定のビーム電流を流したとき、Ｓ／Ｎ比が所定の値を超えるか、あるいは、雑音量が所定の値以下になるように、熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を決定することができる。例えば、図１０において、Ｓ／Ｎ比が符号５２８で示す値を超えるように熱電子放出カソード５０１の加熱電力（カソードの加熱電流×カソード加熱電圧）の値を、符号５２９で示す値に決定する。また、雑音量が符号５２６で示す値以下になるように熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を、符号５２７で示す値に決定する。
【０１２０】
また、熱電子放出カソード５０１から放出されるビームから試料に一定のビーム電流を流したとき、Ｓ／Ｎ比の加熱電力に対する増加率が所定の値以下になるか、あるいは、雑音量の減少率が所定の値以下になるように、熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を決定するとよい。例えば、図１０において、符号５３０，５３１で示す、Ｓ／Ｎ比の加熱電力に対する増加率が、符号５３１で示す増加率の値以下になるように熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を、符号５３４で示す値に決定する。また、符号５３２，５３３で示す雑音量の減少率が、符号５３３で示す減少率の値以下になるように熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を、符号５３５で示す値に決定する。
【０１２１】
また、雑音電流／ビーム電流比の評価を行うことにより、熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を決定してもよい。すなわち、雑音電流をビーム電流で正規化し、その値が一定値以下になるように、熱電子放出カソード５０１の加熱電力の値を決定してもよい。
【０１２２】
第５発明によれば、熱電子放出カソードから放出された電子線を試料に照射し、上記試料から放出された二次電子、反射電子、あるいは、吸収電子のいずれか一つを検出系に結像するよう構成された電子光学鏡筒において、上記熱電子放出カソードの加熱電力を変化させながら上記電子線を上記試料に照射したときの、上記検出系での信号／雑音比、あるいは雑音量の評価を行って上記熱電子放出カソードの加熱電力の値を決定するようにしたため、ショット雑音を減少させてＳ／Ｎ比を高くし、もって、試料から放出される二次電子等をＳ／Ｎ比よく検出することができる。
（第６発明の実施形態）
本実施形態は、上記実施形態で示した電子線装置を半導体デバイス製造工程におけるウェーハの評価に適用したものである。
【０１２３】
デバイス製造工程の一例を図１１のフローチャートに従って説明する。
この製造工程例は以下の各主工程を含む。
（１）  ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェハを準備する準備工程）（ステップ６００）
（２）  露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（又はマスクを準備するマスク準備工程）（ステップ６０１）
（３）  ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッシング工程（ステップ６０２）
（４）  ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程（ステップ６０３）
（５）  組み立てられたチップを検査するチップ検査工程（ステップ６０４）
なお、各々の工程は、更に幾つかのサブ工程からなっている。
【０１２４】
これらの主工程の中で、半導体デバイスの性能に決定的な影響を及ぼす主工程がウェーハプロセッシング工程である。この工程では、設計された回路パターンをウェーハ上に順次積層し、メモリやＭＰＵとして動作するチップを多数形成する。このウェーハプロセッシング工程は以下の各工程を含む。
（１）  絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
（２）  形成された薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
（３）  薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためにマスク（レチクル）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程
（４）  レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程（例えばドライエッチング技術を用いる）
（５）  イオン・不純物注入拡散工程
（６）  レジスト剥離工程
（７）  加工されたウェーハを検査する検査工程
なお、ウェーハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
【０１２５】
上記ウェーハプロセッシング工程の中核をなすリソグラフィー工程を図１２のフローチャートに示す。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含む。
（１）  前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ上にレジストをコートするレジスト塗布工程（ステップ６１０）
（２）  レジストを露光する露光工程（ステップ６１１）
（３）  露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程（ステップ６１２）
（４）  現像されたパターンを安定化させるためのアニール工程（ステップ６１３）
以上の半導体デバイス製造工程、ウェーハプロセッシング工程、リソグラフィー工程には周知の工程が適用される。
【０１２６】
上記（７）のウェーハ検査工程において、本発明の上記各実施形態に係る電子線装置を用いた場合、微細なパターンを有する半導体デバイスでも、高スループットで高精度に評価することができるので、製品の歩留向上及び欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【０１２７】
第６発明のデバイス製造方法によれば、上記電子線装置を用いてプロセス途中又は完成後のウェーハを高スループットで高精度に評価することができるので、製品の歩留向上及び欠陥製品の出荷防止が可能となる、という優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０１２８】
【図１】本発明の第１発明の実施形態における電子線装置の光学系を模式的に示した説明図である。
【図２】本発明の第１発明の他の実施形態における電子線装置の主要部を模式的に示した説明図である。
【図３】本発明の第２発明の一つの実施の形態による電子線装置の概略図である。
【図４】試料における、電子線照射による絶縁破壊に関して比較的弱い領域区分する例を示す概略部分平面図である。
【図５】図５（ａ）は、本発明の第３発明の実施の形態にかかる電子線装置を示す概略構成図である。
【０１２９】
図５（ｂ）は、図５（ａ）の電子線装置における偏向支点の設定を示す線図である。
【図６】図５の実施の形態における光学系で得られるビーム電流を算出したグラフである。
【図７】本発明の第４発明の実施形態に係る電子線装置の概略構成を示す側断面図及び上面図である。
【図８】第４発明の原理を示すため、ウェーハ試料の外径の影響を評価したシュミレーション結果を示す線図である。
【図９】本発明の第５発明の実施の形態にかかる電子線装置を示す概略構成図である。
【図１０】図９の実施の形態におけるＳ／Ｎ比及び雑音量の測定値を示すグラフである。
【図１１】本発明の第６発明による半導体デバイスの製造方法を示すフローチャートである。
【図１２】図１１の半導体デバイスの製造方法の一部であるリソグラフィー工程を示すフローチャートである。
【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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