(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の一次電子線を試料に入射させ、上記試料から放出される二次電子を加速させ且つ一次光学系から分離して複数の二次電子線を形成し、上記複数の二次電子線を二次光学系に入射させて検出手段に導き、上記検出手段で二次電子線の検出信号を出力する電子線装置であって、
上記検出手段の前面には、上記複数の二次電子線に対応する複数の開口が設けられ、上記複数の開口は、上記複数の二次電子線の光軸に対して直交する平面内において、上記複数の二次電子線の光軸から放射方向に長手の長円形状に形成され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であって、前記検出信号をＡ／Ｄ変換して得たデジタル信号を記憶するための、前記検出器の数の２倍の数のメモリと、該メモリの前後に配置された切り換えスイッチとを更に備え、前記検出器からの前記検出信号を片側の前記メモリに入力している間に、他側の前記メモリに記憶されている前回の前記検出信号をＣＰＵ又は画像処理装置に取り込むことを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の電子線装置であって、さらに、上記二次電子線を偏向させるための偏向手段を上記二次光学系に設け、上記偏向手段を制御することにより、上記複数の一次電子線の走査に同期して上記複数の二次電子線を偏向させ、これによって、上記複数の一次電子線の走査に応じて、上記複数の二次電子線が上記複数の開口上で移動しないようにしたことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一つに記載の電子線装置を用いて、各ウェーハプロセスの終了後のウェーハの評価を少なくとも一つのウェーハプロセスについて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】
本発明は、マルチビーム型の電子線装置、およびそのような装置を用いてプロセス途中のウェーハを評価する事による歩留り向上を目指した半導体デバイス製造方法に関する。特に、本発明は、マルチビーム型電子線装置の二次光学系、陰極及び電子銃の構成の改良に関係する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、光学系の収差を、ある一定以下の値に抑える必要がある場合には、光学系に絞り開口を設け、この絞り開口の開口径を調整することにより、光学系を明るくしたり、光学系の分解能を向上させている。また、複数のビームを扱う場合には、一次光学系における複数のビームの主光線が互いに交差する位置、すなわちクロスオーバ位置に絞り開口を設けている。
【０００３】
上述のように、複数のビームを扱う場合には、一次光学系におけるクロスオーバ位置に絞り開口を設けているが、この絞り開口を二次光学系に設けようとする場合、以下のような問題がある。すなわち、二次光学系においては、クロスオーバ位置をあらかじめ予測することができないため、クロスオーバ位置が開口の位置になるように調整する調整用レンズを設けなければ、上記絞り開口をクロスオーバ位置に合わせることができないという問題がある。また、上記絞り開口とクロスオーバ位置とが一致していない場合には、上記絞り開口で遮断される複数の二次電子線が光軸に近いビームが遮蔽されるため、絞り開口で光学系の収差を抑制しているのにも関わらず、収差を小さくすることができず、二次電子の検出効率が悪くなり、隣のビームとのクロストークを無くせないという問題がある。
【０００４】
従って、絞り開口を二次光学系に設ける場合には、開口にクロスオーバ像を結像させるレンズと開口でのクロスオーバ寸法を調整するための二段のレンズ等調整用レンズを余分に設ける必要がある。しかしながら、調整用レンズを設けると、光学系が長くなってしまうと共に、調整用レンズの軸合わせ装置が必要となる。さらに、絞り開口への軸合わせ装置や、クロスオーバ用の非点調整装置が必要になり、装置の構成が複雑になると共に、装置全体が大型化し、調整に時間を要し、コストが高くなってしまうという問題がある。
【０００５】
このように、マスクパターンやウェーハ上の微細な回路パターンの欠陥検査等を高スループットでおこなうため、複数の電子線即ちマルチビームを利用することが提案され、例えば、こうした欠陥検査における検査時間を短縮するため、検査対象上の複数の領域をそれぞれ電子線で照射する技術が提案されている。また、低エネルギの電子線を用いて０．１ミクロン程度の微細なパターンの欠陥を検査する際に、低電圧で大きい電子ビーム電流を得ることができる電界放出陰極を用いる提案もなされている。
【０００６】
しかしながら、欠陥検査装置において、電界放出陰極のアレイを電子銃に用いてマルチビームを生成する場合、電界放出陰極はそもそも動作が不安定であり、アレイ内の一つの電界放出陰極でもエミッション不能になると、装置自体が動作し得なくなり、稼働率が著しく悪化する可能性がある。
【０００７】
また、上記のとおり電界放出陰極の動作が不安定であることに起因して、電界放出陰極からの放出の変動と信号とを識別することは困難であり、また、特にショット雑音が大きいため、信号対雑音比の大きい画像を得ることが難しいという問題があった。
【０００８】
加えて、マルチビーム型電子線装置の従来の電子銃には、以下に説明するような問題がある。図１は従来の電子銃１００の一例を示す概略縦断面図である。円筒形の電子銃本体１０６の内側には絶縁碍子１０８が支持されている。絶縁碍子１０８の上面には、セラミック台座１０９の下面が固定されている。セラミック台座１０９の上面には、加熱手段であるヒータ３によって加熱されるようになされたシングルエミッタ１０１が固定されている。絶縁碍子１０８の下面からはヒータ１０３用のリードとカソードの高電圧配線１０７が延びている。
【０００９】
円筒形の電子銃本体１０６の外側には、中空のウェーネルト部材すなわちウェーネルト電極１０２が嵌合せしめられている。ウェーネルト電極１０２の一端（図では上端）には端壁が一体に形成されており、この端壁には一つの小さな孔（ウェーネルト孔）１１０が設けられている。
【００１０】
ウェーネルト電極１０２は、その端壁部位をエミッタ１０１に近接させた位置でストップリング１０４によって固定される。また絶縁碍子１０８は、電子銃本体１０６の周壁を貫通して延びる複数の微動用ネジ１０５によって、水平方向における位置を微調整されることができる。それによって、絶縁碍子１０８上のセラミック台座１０９によって支持されたエミッタ１０１は、ウェーネルト電極１０２の端壁に設けられた孔１１０と整合せしめられる。
【００１１】
しかしながら、このようなシングルエミッタ１０１とウェーネルト電極１０２との間の相対的位置の微調整方法を、複数個のエミッタを有するマルチエミッタを備えた電子銃に適用するには問題がある。
【００１２】
第１に、絶縁碍子を微動させることによりセラミック台座を介してマルチエミッタの面内位置を微調整しようとすると、マルチエミッタが傾いてしまう可能性がある。シングルエミッタの場合、傾斜は大きな問題とはならないが、マルチエミッタが傾斜すると、ウェーネルト電極との距離がすべてのエミッタに関して一定ではなくなるので、電子の放出も一定でなくなる。
【００１３】
第２の問題は、シングルエミッタの場合にも言えることであるが、ウェーネルト電極全体を動かしてマルチエミッタとの間の軸方向距離を調整するときに、マルチエミッタにぶつけて壊してしまう可能性が高いということである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は上記の従来の課題を解決するために提案されたものであり、本発明は、要するに、複数の電子ビームすなわちマルチビームを用いて、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有するウェーハあるいはマスクなどの試料を、高スループット、高信頼性で評価することができる電子線装置、複数のエミッタを用いてマルチビームを発生させる電子銃、特に、複数のエミッタと該複数のエミッタに対応する孔を有するウェーネルト電極との間の相対的位置の微調整を精度良く且つ容易に行える電子銃を備えた電子線装置、および、そのような電子線装置を用いてウェーハの評価を行うことにより歩留まりを向上させるデバイス製造方法を提供するものである。
【００１５】
詳細には、本発明の第１の目的は、二次光学系に絞り開口を設けなくても、光学系の収差を抑制することができる電子線装置を提供することにある。
本発明の第２の目的は、ショット雑音の小さいマルチエミッタ型熱陰極を備えた電子銃によりマルチビームを形成する電子線装置を提供することにある。
【００１６】
本発明の第３の目的は、複数のエミッタを有するマルチエミッタとウェーネルト電極との平行度を確実に出せるようにして、両者間の位置合わせが容易かつ精度良く行えるようにした電子銃を用いて電子の放出を一定に保つことができ且つ精度の良い検査を行うことのできる電子線装置を提供することにある。
【００１７】
本発明の第４の目的は、かかる電子線装置を用いて、製造歩留まりの良いデバイス製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記の目的を達成するために、本発明は、電子線源から放出された電子線を複数の開口を有する第１開口板に照射することにより得られる複数の一次電子線を試料に入射させ、上記試料から放出される二次電子を一次光学系から分離して二次電子群として二次光学系に入射させて検出手段に導き、上記検出手段で二次電子線の検出信号を出力する電子線装置において、上記検出手段の入射面の前面には、複数の開口を有する第２開口板が設けられている電子線装置を提供する。
【００１９】
本発明の一つの実施の形態においては、上記複数の一次電子線及び上記複数の二次電子線は、光軸を中心にした円周上に配置されており、上記第２開口板の上記複数の開口は、光軸に対して直交する平面内において、光軸から放射方向に、ＸＹ座標のＸ軸方向及び／又はＹ軸方向に長手の長円形状に形成される。
【００２０】
更に、前記検出信号をＡ／Ｄ変換して得たデジタル信号を記憶するための、前記検出器の数の２倍の数のメモリと、該メモリの前後に配置された切り換えスイッチとを設け、一走査分の前記検出器からの前記検出信号を片側の前記メモりに入力している間に、他側の前記メモりに記憶されている前回の前記検出信号をＣＰＵ又は画像処理装置に取り込むようにすることができる。
【００２１】
本発明の一つの実施の形態においては、上記複数の一次電子線の走査に同期して上記第２開口板上で移動しないように、上記複数の二次電子線を偏向させることが必要である。
また、上記の目的を達成するため、本発明は、複数の電子線をそれぞれ細く集束し、試料上を同時に走査し、試料の各走査領域からの二次電子を対物レンズで加速し、細く集束し、Ｅ×Ｂ分離器で一次光学系から分離し、分離後少なくとも１段のレンズで上記細く集束された二次電子群の互いの間隔を拡大し、上記ビームの数に対応した数の二次電子検出器に導き、異なる群の二次電子が混入しないように穴径が形成された複数の開口を有する開口板を上記二次電子検出器の前面に設けた電子線装置を提供する。
【００２２】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、試料を評価するための電子線装置であって、電子線を放出する手段と、前記電子線から、一次光学系の光軸を中心にして周方向に配置された複数の一次電子ビームを形成する第１の開口板と、前記複数の一次電子ビームを前記試料に対して同時に走査する走査手段と、前記試料から放出される二次電子から、前記一次光学系から分離され且つ二次光学系の光軸を中心にして周方向に配置された複数の二次電子ビームを形成する手段と、前記複数の二次電子ビームを検出する検出器と、前記検出器の二次電子ビーム入射側に設けられた、複数の開口を有する第２の開口板とを備え、前記第２の開口板の開口は、それぞれ、関連する二次電子ビームの通過を許容し且つ非関連の二次電子ビームの通過を防止するように形成されている電子線装置を提供する。
【００２３】
本発明の一つの実施の形態においては、前記第２の開口は、例えば、二次光学系の光軸を中心にして周方向の寸法が狭められ、これにより、隣接する非関連の二次電子ビームの通過を防止する。前記第２の開口板の開口は、一次電子ビームの走査方向に直交する非走査方向の寸法を狭めるようにしてもよい。
【００２４】
また、上記の目的を達成するために、本発明は、所定の位置に所定の大きさの複数の凹部が形成された放電加工用電極によって放電加工された熱陰極を備えることを特徴とする電子線装置を提供する。
【００２５】
本発明の一つの実施の形態においては、前記熱陰極の放電加工される被加工面は、放電加工に先立って鏡面加工される。
また、上記の目的を達成するため、本発明は、所定の位置に所定の大きさの１個又は複数の凹部が形成された放電加工用電極によって放電加工された熱陰極を備えることを特徴とする電子線装置であって、前記熱陰極が、前記被加工面の前記凹部に対応する位置に放電加工され且つエミッタとして動作する複数の突起を備え、それぞれの前記突起の頂部が鏡面である電子線装置を提供する。
【００２６】
本発明の一つの実施の形態においては、前記複数の突起の前記頂部は、放電加工後に機械研磨又は化学機械研磨される。
また、上記の目的を達成するために、本発明は、複数個のエミッタを一体にしてカソードとして作られたマルチエミッタと、該マルチエミッタを加熱する加熱手段と、前記マルチエミッタおよび前記加熱手段を定位置に固定する固定手段と、ウェーネルト電極と、前記ウェーネルト電極のうち前記マルチエミッタに隣接する部位の位置を微調整するための微動機構とを備えた電子銃であって、前記微動機構が、前記ウェーネルト電極の前記部位の位置を、前記マルチエミッタが含まれる面に平行な面内におけるｘ方向、ｙ方向、θ方向および該面に垂直な面内における傾き方向のうち少なくとも一つの方向に関して微調整可能となされている電子銃を備えた電子線装置を提供する。
【００２７】
本発明の一つの実施の形態においては、前記ウェーネルト電極の前記部位は、前記複数個のエミッタに対応した複数個の小さな孔を有し、且つ、該孔の近傍においてのみ厚さ２００μｍ以下とすると有利である。
【００２８】
また、上記の目的を達成するため、本発明は、カソード部材、ウェーネルト部材およびアノード部材を有する電子銃であって、前記ウェーネルト部材のうち前記カソード部材に隣接する部分が、前記ウェーネルト部材の残りの部分から分離可能であり、且つ、互いに直交するｘ、ｙまたはｚ方向に微動可能である電子銃を備えた電子線装置を提供する。
【００２９】
本発明の一つの実施の形態においては、いずれかの上記電子銃からの放出により複数個の細く絞った電子線を形成し、該電子線により試料面を走査し、該試料面の走査位置から放出された二次電子により形成された二次電子線が複数の検出器で検出される。
【００３０】
更に、上記の目的を達成するため、本発明は、いずれかの上記電子線装置を用いて、各ウェーハプロセスの終了後のウェーハの評価を少なくとも一つのウェーハプロセスについて行うデバイス製造方法を提供する。
【００３１】
本発明の上記の及び他の目的及び特徴は、添付の図面を参照して以下の詳細な説明を読むとき一層明確になろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明に係る電子線装置の若干の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図２は、本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態を概略的に示す図である。図２において、電子線装置２００は電子線源として電子銃２０１を備える。電子銃２０１のエミッタ２０２から放出された電子線は、コンデンサ・レンズ２０３によって集束されて点２０５においてクロスオーバを形成する。
【００３３】
コンデンサ・レンズ２０３の下方には、４つの開口を有する第１のマルチ開口板２０４が配置されている。第１マルチ開口板２０４の４つの開口は、第１マルチ開口板２０４の円周上に沿って形成されている。従って、電子銃２０１から放出された電子線を第１のマルチ開口板２０４を照射することによって、光軸Ｗの周りに４本の一次電子線ＰＢが形成される。
【００３４】
このように、本実施の形態においては、電子銃２０１と第１のマルチ開口板２０４とによって、光軸Ｗの周りに４本の一次電子線ＰＢを形成する電子線形成手段が構成されている。点線は開口像が結像される様子を示したものである。
【００３５】
第１のマルチ開口板２０４によって形成された４本の一次電子線ＰＢのそれぞれは、縮小レンズ２０６によって縮小され、対物レンズ２０８によって試料２０９に合焦される。第１のマルチ開口板２０４から出た４本の一次電子線ＰＢは、縮小レンズ２０６と対物レンズ２０８との間に配置された静電偏向器２０７とＥ×Ｂ分離器２１０の電磁偏向器２１１とにより、同時に試料２０９の面上を走査するよう偏向される。
【００３６】
合焦された複数の一次電子線ＰＢによって、試料２０９上では４つの点が走査されながら照射される。照射されたこれらの４つの点から放出される二次電子は、対物レンズ２０８と試料２０９との間に印加された電界により加速される。これにより、試料面の法線と大きい角度をもって放出された二次電子も細く集束され、４本の細い二次電子線ＳＢ（すなわち、４本の細い二次電子ビーム）となって対物レンズ２０８を通過し、Ｅ×Ｂ分離器２１０で偏向される。これによって、二次電子線ＳＢは試料２０９を照射するための一次光学系から離れて、二次光学系に投入される。
【００３７】
二次光学系は拡大レン２１２、２１３を有しており、これらの拡大レンズ２１１２、２１３を通過した４本の二次電子線ＳＢは、互いに隣接するビーム間隔が拡大されて、第２マルチ開口板２１４の４つの開口に結像し、検出手段としての４つの検出器２１５に導かれる。第２マルチ開口板２１４は検出器２１５の入射面の前面に配置されている。第２マルチ開口板２１４の４つの開口は、第２マルチ開口板２１４の円周上に沿って形成されており、第１のマルチ開口板２０４に形成された４つの開口と一対一に対応している。従って、４本の一次電子線ＰＢ及び４本の二次電子線ＳＢは、光軸Ｗを中心にした円周上に配置されていることになる。
【００３８】
また、拡大レンズ２１３と第２マルチ開口板２１４との間には、偏向器２１６が配置されている。拡大レンズ２１３を通過した４本の二次電子線ＳＢは、４本の一次電子線ＰＢの走査に同期して第２マルチ開口板２１４上で移動しないように、偏向器２１６によって偏向できるようになっている。
【００３９】
各検出器２１５は、結像された二次電子線を、その強度を表す電気信号（二次電子線の検出信号）の形で増幅・処理部２１７に出力する。増幅・処理部２１７は受け取った電気信号を増幅器（図示せず）によってそれぞれ増幅した後、Ａ／Ｄ変換器（図示せず）によってアナログ信号からデジタル信号に変換してメモり２１８に記憶させる。二次電子信号のメモリ２１８の数はマルチビームのビーム数の２倍である。増幅・処理部２１７のＡ／Ｄ変換器から出力されたデジタル信号は、一つの走査に対応した信号がメモリ２１８の片側（「０」で示される）に入力されている間に、メモリ２１８の他側（「１」で示される）に蓄積されている信号がCPU２１９に読み込まれ或いは信号処理され、その走査が終了すると、メモり２１８の前後に設けられた切り換えスイッチ２２０、２２１が切り換えられ、次の走査時の信号はメモり「１」に入力され、メモリ「０」の信号はCPU２１９に送られる。
【００４０】
ＣＰＵ２１９には、電磁偏向器２１１に与えられた一次電子線ＰＢを偏向させるための走査信号が供給される。ＣＰＵ２１９は、この走査信号と上記デジタル信号とから画像データを合成し、図示しない画像形成部によって、試料２０９の被走査面を表す画像を構成ないしは表示することができる。
【００４１】
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２０９の欠陥を検出することができる。
また、レジストレーション（位置合わせ校正）により試料２０９の被測定パターンを一次光学系の光軸Ｗの近くへ移動させ、ラインスキャンすることによって線幅評価信号を取り出し、これを適宜に校正することにより、試料２０９上のパターンの線幅を測定することができる。
【００４２】
次に、本実施の形態の特徴である第２マルチ開口板２１４の開口について説明する。上述の通り、二次光学系には、光学系の収差を抑制する絞り開口が設けられていないため、４本の二次電子線ＳＢのビームスポットは、第２マルチ開口板２１４上において大きな広がりをもってしまう。従って、第２マルチ開口板２１４の或る一つの開口に対して、この開口を通過すべき二次電子線以外に、他の二次電子線も通過してしまい、いわゆるクロストークが発生してしまう可能性がある。そこで、本発明は、第２マルチ開口板２１４の４つの開口を、異なる群の二次電子線（換言すれば、非対応すなわち非関連の二次電子線）が混入しないように形成する。
【００４３】
図３において、符号３０１は、第２マルチ開口板２１４上における二次電子線の主光線の入射位置を示し、符号３０２は、第２マルチ開口板２１４の開口を示し、符号３０３は、検出器２１５のビーム受光面を示している。
【００４４】
第２マルチ開口板２１４の４つの開口３０２は、図３に示すように、光軸に対して直交する平面内において、光軸から放射方向（すなわち、径方向）に長手の長円形状に形成することができる。換言すれば、二次光学系の光軸を中心にして周方向の寸法が狭められている。これにより、隣接する非関連の二次電子ビームの通過を防止できる。同時に、収差のために放射方向に拡がった二次電子を効率良く収集することができる。二次電子線の入射位置３０１の径方向外側においては、異なる群の二次電子線が混入する場合はほとんどあり得ないので、開口３０２をこのように光軸から放射方向に長手の長円形状に形成しても、異なる群の二次電子線が混入する可能性は十分低い。
【００４５】
第２マルチ開口板２１４の４つの開口３０２を図３に示すように形成した場合、上述したように、拡大レンズ２１３を通過した４本の二次電子線が４本の一次電子線の走査に同期して第２マルチ開口板２１４上で移動することがないように、拡大レンズ２１３と第２マルチ開口板２１４との間に配置した偏向器２１６の偏向が必要となる。これにより、一次電子線が走査されても、二次電子線は、それぞれ、関連する開口３０２のみを正確に通過することができる。
【００４６】
また、第２マルチ開口板２１４の４つの開口は、図４に示すように、第２マルチ開口板２１４の円周方向に沿って形成され、そのＸ軸への投影したものを等間隔とする必要がある。図４に示す第２マルチ開口板２１４の４つの開口４０２は、光軸に対して直交する平面内において、ＸＹ座標のＸ軸方向に対して長手の長円形状に形成されている。例えば、試料台をＹ方向に連続移動させ、Ｘ方向に４本の一次電子線を走査する場合には、このように第２マルチ開口板２１４の開口４０２をＸ軸方向に対して長手の長円形状に形成することにより、一次ビームをX軸方向に走査しても、異なる群の二次電子線が混入しないようにすることができる。すなわち、第２の開口板２１４の開口４０２は、一次電子ビームの走査方向に直交する非走査方向の寸法が狭められているので、異なる群の二次電子線が混入する可能性は低い。
【００４７】
そして、開口４０２をＸ軸方向に対して長手の長円形状に形成しているので、Ｘ方向に４本の一次電子線を走査しても、二次電子線はそれぞれ開口４０２を越えることなくＸ方向に沿って開口４０２内で移動することになり、偏向器２１６はかならずしも必要ないことになる。図４で、４０３は二次電子が走査に同期して移動する範囲を示す。
【００４８】
なお、第２マルチ開口板２１４の開口は、光軸に対して直交する平面内において、ＸＹ座標のＹ軸方向に対して長手の長円形状に形成すると有利になる場合もある。また、図３及び図４に示す第２マルチ開口板２１４は、４つの開口３０２、４０２が形成されているものであるが、開口３０２、４０２の数は４つに限られるものではなく、それよりも多くすることができる。
【００４９】
図５は、開口５０２が８つ形成された第２マルチ開口板２１４を示している。この例において、図５に示されているように、ビームをｘ軸へ投影したとき等間隔になるので、ｘ方向におけるビーム間の距離が短く且つｙ方向におけるビーム間の距離が長くなる。この場合、開口５０２は、ｘ方向における寸法が小さくｙ方向における寸法が大きい長円形状とすることが好ましい。第２マルチ開口板２１４の８つの開口５０２は、光軸を中心にして円周上に配置された８つの二次電子線に合わせて、第２マルチ開口板２１４の円周方向に沿って形成されており、そのｙ方向への投影したものは等間隔となる構造となっている。
【００５０】
このように、第２マルチ開口板２１４の複数の開口を、異なる群の二次電子線が混入しないように形成しているため、クロストークの発生を防止することができると共に、二次光学系に絞り開口を設けなくても、光学系の収差を抑制することができる。また、絞り開口を設ける必要がないため、調整用レンズの軸合わせ装置、絞り開口の軸合わせ装置、さらにはクロスオーバ用の非点調整装置を設ける必要がなく、装置の構成を簡略化することができると共に、装置全体を小型化することができる。
【００５１】
以上の説明から理解されるように、本発明によれば、複数の一次電子線を試料に入射させ、上記試料から放出される二次電子を加速させ且つ一次光学系から分離して複数の二次電子線を形成し、上記複数の二次電子線を二次光学系に入射させて検出手段に結像させ、上記検出手段で二次電子線の検出信号を出力する電子線装置において、上記検出手段の前面には、上記複数の二次電子線に対応する複数の開口が設けられており、上記複数の開口は、非対応の二次電子線が混入しないように形成されているため、クロストークの発生を防止することができると共に、光学系の収差の影響を抑制することができ、二次電子の検出効率を良くすることができる。
【００５２】
図６Ａは、本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。同図において、電子線装置６００の電子銃６０１から放出された電子線は、コンデンサ・レンズ６０２によって集束されて点６０４においてクロスオーバーを形成する。
【００５３】
コンデンサ・レンズ６０２の下方には、複数の開口を有する第１のマルチ開口板６０３が光軸Ｗに直交するよう配置され、これによって複数の一次電子線が形成される。第１のマルチ開口板６０３によって形成された一次電子線のそれぞれは縮小レンズ６０５によって縮小されて点６０６で合焦投影した後、対物レンズ６０７によって試料６０８に合焦される。第１のマルチ開口板６０３から出た複数の一次電子線は縮小レンズ６０５と対物レンズ６０７との間に配置された偏向器６０９により同時に試料６０８の面上を走査するよう偏向される。
【００５４】
縮小レンズ６０５と対物レンズ６０７の像面湾曲収差の影響を無くすため、図６Ｂに示すように、第１のマルチ開口板６０３は円周上に小開口が配置され、そのｘ軸への投影は等間隔となる構造となっている。なお、図６Ｃの点線で示す円は、後述する第２のマルチ開口板６１４に形成される開口を示している。
【００５５】
合焦された複数の一次電子線によって、試料６０８の複数の点が照射され、照射されたこれら複数の点から放出された二次電子線は対物レンズ６０７の電界に引かれて細く集束され、Ｅ×Ｂ分離器６１０で偏向され、二次光学系に投入される。二次電子像はＥ×Ｂ分離器６１０より対物レンズ６０７に近い点６１１に焦点を結ぶ。これは、各一次電子線は試料６０８の面上で５００ｅＶのエネルギを持っているに対して、二次電子線は数ｅＶのエネルギしか持っていないためである。
【００５６】
二次光学系は拡大レンズ６１２、６１３を有しており、これらの拡大レンズ６１２、６１３を通過した二次電子線は第２のマルチ開口板６１４の複数の開口に結像する。そして、ここを通って複数の検出器６１５に導かれる。なお、図６Ｂに示すように、検出器６１５の前に配置された第２のマルチ開口板６１４に形成された複数の開口と第１のマルチ開口板６０３に形成された複数の開口とは一対一に対応している。
【００５７】
それぞれの検出器６１５は、検出した二次電子線を、その強度を表す電気信号へ変換する。こうした各検出器から出力された電気信号は増幅器６１６によってそれぞれ増幅された後、画像処理部６１７によって受信され、画像データへ変換される。画像処理部６１７には、一次電子線を偏向させるための走査信号が更に供給されるので、画像処理部６１７は試料６０８の面を表す画像を表示する。この画像を標準パターンと比較することにより、試料６０８の欠陥を検出することができる。
【００５８】
ここで、第１のマルチ開口板６０３の開口を通過した一次電子線を試料６０８の面上に合焦させ、試料６０８から放出された二次電子線を検出器６１５に導く際、一次光学系で生じる歪み、軸上色収差及び視野非点という３つの収差による影響を最小にするよう、特に配慮する必要がある。また、複数の一次電子線の間隔と二次光学系との関係については、一次電子線の間隔を二次光学系の収差よりも大きく取ることで、複数のビーム間のクロストークを無くすことができる。
【００５９】
図７Ａ〜図７Ｃは、図６Ａに示す電子線装置６００のマルチエミッタ型の熱陰極６０１の構造を示しており、図７Ａはその平面図、図７Ｂはその側面図、図７Ｃは突起の拡大図である。図７Ａおよび図７Ｂに示すように、熱陰極６０１の上面には、複数個（図７Ａにおいては８個）の突起７０１〜７０８が、所定の円周上に、且つ、図７Ｂに示すように、側面から見たとき等間隔になるように、後述の放電加工用電極により形成される。これらの突起７０１〜７０８が図６Ａのエミッタにそれぞれ対応する。熱陰極６０１の裏面には加熱用の平行な２面７０９が形成されている。
【００６０】
突起７０５の先端部分は、図７Ｃに拡大して示すように、円柱部７０５１及び頂面７０５２からなる。この円柱部７０５１及び頂面７０５２については、以下に図８Ａおよび図８Ｂについて説明する中で触れる。他の突起７０１〜７０４、７０６〜７０８の形状も突起７０５と同じである。
【００６１】
図８Ａおよび図８Ｂは、図７Ａに示す熱陰極６０１を製造するための放電加工用電極８００の構造を概略的に示す図で、図８Ａはその平面図、図８ＢはそのＡ−Ａ線に沿う断面図である。図８Ａおよび図８Ｂにおいて、放電加工用電極８００は、タングステン−銀合金からなる円板８０１と、その裏面に放電加工機（図示せず）への取り付けのために設けられた凸部８０２とを備え、円板８０１の表面には円錐状の凹部８０３が、図７Ａの突起７０１〜７０８に対応した位置に形成されている。それぞれの凹部８０３は、放電加工時に絶縁油をスムーズに循環させるための小穴８０４と連結される。個々の小穴８０４の径は例えば１００ミクロンであり、頂角は例えば９０度である。なお、図８Ｂにおける参照数字８０５は、放電加工用電極８００に放電電流を与えるためのリード線の取り付け穴である。
【００６２】
図８Ａに示す放電加工用電極８００によって、導電性を有する任意の材料、例えばＬａＢ６単結晶、Ｔａ、Ｈｆ、タングステン等からなる被加工材から、図７Ａに示す形状のマルチエミッタ型の熱陰極６０１を製造することができる。したがって、熱陰極６０１の突起７０１〜７０８の形状と放電加工用電極８００の凹部８０３の形状とは相補的である。しかし、放電加工用電極８００には、絶縁油の循環のための小穴８０４が存在するため、図７Ｂに示すように、突起７０５の先端には、放電加工前に予め鏡面加工してあった頂面７０５２が最後まで残る。頂面７０５１につながる円柱部７０５１は小穴７０４の径よりも１０〜２０ミクロン小さい。
【００６３】
例えば、円柱部７０５１の高さを２０ミクロンとすると、放電加工における精度の許容度は突起の高さ方向では２０ミクロンまでになるので、放電加工用電極８００と被加工材との平行度は甘くてもよいことになる。
【００６４】
上記のように、放電加工用電極８００による放電加工は絶縁油の中で行われ、熱陰極となる被加工材の温度もかなり上昇するので、絶縁油の成分が被加工材の表面に拡散して熱陰極としての能力を劣化させる恐れがある。これを回避するため、放電加工が完了した後に、それぞれの突起７０１〜７０８の頂面（図７Ｃにおいては数字７０５２で指示されている）を５〜１０ミクロンだけ研磨或いは化学的機械研磨を行って鏡面加工してもよい。その場合には、被加工材の表面を放電加工の前に鏡面加工しておく必要はない。
【００６５】
こうした放電加工用電極８００を用いて放電加工を行うので、ＬａＢ６単結晶のような硬くてもろい材質のものでも確実に放電加工を施すことが可能になる。勿論、凹部８０３および小穴８０４を１個のみ持つ電極で繰り返して放電加工してもよい。
【００６６】
本発明の上記の特性を利用すると、多数の単カソードを容易に作ることが可能になる。これを図９Ａおよび図９Ｂを用いて説明すると、上記凹部をＸＹ方向に規則的に並べた放電加工用電極８００を用いて被加工材を放電加工し、図５Ａに示すように、被加工材に突起をＸＹ方向に規則的に形成する。その後、被加工材を図５Ａの縦横の実線に沿ってワイヤカットし、個々の単体にそれぞれ分離することにより、１回の鏡面研磨のみで多数のチップを得ることができる。
【００６７】
なお、図６Ａに示す構成の電子線装置は、シングルエミッタを使用する場合に適用してもよい。
以上の説明から理解されるように、本発明は、
（１）ＬａＢ６のような硬くてもろい材質の陰極材料であっても加工が可能な放電加工用電極を用いるので、種々の導電性材料を利用できる、
（２）放電加工により形成される突起の頂部は放電加工前又は加工後に鏡面加工されるので、被加工材の平面度は放電加工に影響されない、
（３）それぞれの突起の先端に円柱部を残すよう放電加工することにより、突起の先端の面積を一様にすることができる、
（４）放電加工の精度を考慮する必要がない、
（５）単カソードを作る場合にも、１回の鏡面研磨と１回の放電加工とで多数のエミッタを製作することができる、
等の格別の効果を奏する。
【００６８】
図１０は、図６Ａに示す電子線装置に使用することができる電子銃の一例を概略的に示す縦断面図である。電子銃９００はアノード部材１０００の下方に位置する円筒形の電子銃本体９０１を備え、その内側には絶縁碍子９０２が固定される。絶縁碍子９０２の上面には、セラミック台座９０３の下面が固定される。セラミック台座９０３には、加熱手段であるヒータ９０４によって加熱されるようになされたマルチエミッタ９０５が固定されている。マルチエミッタ９０５は、複数個のエミッタ９０５ａを一体化したカソードとして作られる。
【００６９】
絶縁碍子９０２の下面からはヒータ９０４用とカソード用の高電圧配線９０６が延びている。このように、マルチエミッタ９０５およびヒータ９０４は、セラミック台座９０３および絶縁碍子９０２によって、電子銃本体９０１に固定されている。したがって、これらの部材の組立体は、十分な剛性が得られる構造とすることができる。また、各部材を精度良く機械加工することにより、電子銃本体９０１に対するマルチエミッタ９０５の平行度も厳密な値で固定される。
【００７０】
電子銃本体９０１に対するマルチエミッタ９０５の組み付けが終了すると、次に、ウェーネルト電極９０７を電子銃本体９０１に取り付ける。ウェーネルト電極９０７は、ウェーネルト電極本体９０７ａと、該ウェーネルト電極本体９０７ａに対して分離可能なマルチアパーチャ板９０７ｂとから構成されている。マルチアパーチャ板９０７ｂは、ウェーネルト電極本体９０７ａの先端開口部に取り付けることができる。
【００７１】
マルチアパーチャ板９０７ｂは円形をしており、マルチエミッタ９０５の各エミッタ９０５ａに対応する微細な複数の孔、すなわちマルチウェーネルト孔９０７ｃを有している。マルチアパーチャ板９０７ｂは、マルチウェーネルト孔９０７ｃの近傍では厚さ２００μｍ以下、望ましくは１００μｍ以下とされ、周縁部は後述する微動機構のネジを当接させるため厚くされている。
【００７２】
電子銃本体９０１には、最初にウェーネルト電極本体９０７ａだけが取り付けられる。円筒形のウェーネルト電極本体９０７ａを、同じく円筒形の電子銃本体９０１の外側に回転可能に嵌合させる。ウェーネルト電極本体９０７ａがマルチエミッタ９０５に対して所望の軸方向位置になったところで、ストップリング９０８でウェーネルト電極本体９０７ａを固定する。
【００７３】
次いで、マルチアパーチャ板９０７ｂをウェーネルト電極本体９０７ａの先端開口部に取り付ける。マルチアパーチャ板９０７ｂは、ウェーネルト電極９０７のうち、マルチエミッタ９０５に隣接する部位となる。マルチアパーチャ板９０７ｂは、３カ所に配置された軸方向ネジ９０９により、開口部の周縁に取り付けられる。マルチアパーチャ板９０７ｂの周面には、ウェーネルト電極本体９０７ａに設けた複数のラグ９１０を通して延びる横方向ネジ９１１の先端が当接している。
【００７４】
これらのネジ９０９、９１１は、マルチアパーチャ板９０７ｂの位置を微調整するための微動機構を構成する。すなわち、顕微鏡で見ながら３本のネジ９０９すべてを同量回転させれば、マルチアパーチャ板９０７ｂの位置をｚ方向、すなわちマルチエミッタ９０５が含まれる面に垂直な方向に関して微調整することができる。３本のネジ９０９を個別に操作すれば、マルチアパーチャ板９０７ｂの位置を傾き（ｔｉｌｔ）方向、すなわちマルチエミッタ９０５が含まれる面に垂直な面内における傾斜方向に関して微調整することができる。この傾き方向の微調整により、マルチエミッタ９０５に対するマルチアパーチャ板９０７ｂの平行度を調整することができる。
【００７５】
また、ウェーネルト電極本体９０７ａを電子銃本体９０１に対して回転させることにより、マルチエミッタ９０５が含まれる面に平行な面内において、マルチアパーチャ板９０７ｂの位置をθ方向すなわち回転方向に関して微調整することができる。この、ウェーネルト電極本体９０７ａの回転可能な構成もまた、微動機構の一部を構成する。
【００７６】
さらに、ネジ９０９を個別に操作すると、マルチエミッタ９０５が含まれる面に平行な面内において、マルチアパーチャ板９０７ｂの位置をｘ方向およびｙ方向に関して微調整し、マルチウェーネルト孔９０７ｃをマルチエミッタ９０５の複数個のエミッタ９０５ａと整合させることができる。
【００７７】
このようにして、電子銃本体９０１、マルチエミッタ９０５およびマルチアパーチャ板９０７ｂを互いに精度よく平行度を保ったまま組み立て、マルチウェーネルト孔９０７ｃと各エミッタ９０５ａとを容易に整合させることができる。その結果、各エミッタ９０５ａはほぼ同じように動作し、エミッション電流のばらつきも所定の範囲内におさめることができる。マルチアパーチャ板９０７ｂは、ウェーネルト電極本体９０７ａを組み付けた後で取り付けるので、組立時にマルチエミッタ４１を壊す可能性は極めて低い。
【００７８】
さらに、ウェーネルト面とエミッタ面との傾きを調整する機構がエミッタ面又はウェーネルト面とほぼ同じｚ位置にあるので、傾きを調整したときにｘ、ｙ又はｚ方向が狂うことがない。
【００７９】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る電子銃によれば、マルチエミッタおよびウェーネルト電極とを互いに精度よく平行度を保ったまま組み立て且つ容易に整合させることができる。その結果、各エミッタはほぼ同じように動作し、エミッション電流のばらつきも所定の範囲内におさめることができる。また、ウェーネルト電極を本体とマルチアパーチャ板とに分離可能にすることにより、マルチエミッタに隣接するアパーチャ板を、ウェーネルト電極本体の組み付け後に取り付けることが可能になるので、マルチエミッタが接触により破損する可能性は極めて少なくなる。更に、マルチエミッタ、ヒータおよび絶縁碍子をあらかじめ電子銃本体に対して固定しておくことにより、組み立て時間を短縮することができ、調整時と加熱後とのズレをほとんど無くすことができる。また、本発明の電子銃を使用すると、電子線装置をマルチビームで安全に動作させることができる。
【００８０】
以上説明した本発明に係る電子線装置を用いて、半導体デバイス製造方法において試料の評価を行うことができる。図１１は、こうした半導体デバイス製造方法の一例を示すフローチャートである。この製造工程は、
（１）ウェーハを製造するウェーハ製造工程（又はウェーハを準備するウェーハ準備工程）（ステップ１００１）
（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１００２）
（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１００３）
（４）ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能ならしめるチップ組立工程（ステップ１００４）
（５）できたチップを検査するチップ検査工程（ステップ１００５）
の主工程を含む。なお、上記の工程のそれぞれは更に幾つかのサブ工程からなっている。
【００８１】
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１００２であり、この工程は、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。ウェーハ・プロセッシング工程は、
（１）絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、あるいは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程（ＣＶＤやスパッタリング等を用いる）
（２）この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のマスク（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）更に加工されたウェーハを検査する検査工程、
の工程を含む。なお、ウェーハ・プロセッシング工程を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。
【００８２】
図１２は、図１１のウェーハ・プロセッシング工程１００２の中核をなすリソグラフィ工程を示すフローチャートである。このリソグラフィ工程は、
（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１１０１）
（２）レジストを露光する露光工程（ステップ１１０２）
（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１１０３）
（４）現像されたレジストパターンを安定化させるためのアニール工程（ステップ１１０４）
の工程を含む。
【００８３】
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、リソグラフィ工程はそれぞれ周知のものであり、これ以上の説明を省略する。
上記検査工程（７）に対して、この発明に係る電子線装置を用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスをも、スループットよく検査することができるので、全数検査も可能となり、製品の歩留りの向上及び欠陥製品の出荷防止が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００８４】
本発明は、二次光学系における収差を抑制することができ、ショット雑音が小さく、マルチエミッタとウェーネルトとを平行に保持して両者間の位置合わせを容易且つ高精度に行い得る電子線装置を提供するので、半導体製造過程における試料の評価に適している。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】  従来の電子銃の一例を示す概略縦断面図である。
【図２】  本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態の構成を概略的に示す図である。
【図３】  図２に示す第１の実施の形態に適用可能な第２のマルチ開口板の開口の例を概略的に示す平面図である。
【図４】  図２に示す第１の実施の形態に適用可能な第２のマルチ開口板の開口の別の例を概略的に示す平面図である。
【図５】  図２に示す第１の実施の形態に適用可能な第２のマルチ開口板の開口の更に別の例を概略的に示す平面図である。
【図６Ａ】  本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態の構成を概略的に示す図である。
【図６Ｂ】  図６Ａにおける二つのマルチ開口板に形成された開口の位置関係を示す平面図である。
【図７Ａ】  図６Ａに示す電子線装置に用いるマルチエミッタ型熱陰極の構造を示す平面図である。
【図７Ｂ】  図６Ａに示す電子線装置に用いるマルチエミッタ型熱陰極の構造を示す側面図である。
【図７Ｃ】  図６Ａに示す電子線装置に用いるマルチエミッタ型熱陰極の構造の突起の拡大図である。
【８Ａ】    図７Ａ〜図７Ｃに示す熱陰極を製造するための放電加工用電極の構造の平面図である。
【図８Ｂ】  図７Ａ〜図７Ｃに示す熱陰極を製造するための放電加工用電極の構造の断面図である。
【図９Ａ】  ＸＹ方向に突起が形成された被加工材の平面図である。
【図９Ｂ】  図９Ａにおける線Ｂ−Ｂに沿う断面図である。
【図１０】  この発明に係る電子線装置に使用可能な電子銃の一例を概略的に示す図である。
【図１１】  この発明に係る電子線装置を用いた半導体デバイス製造方法の一例を示すフロー図である。
【図１２】  図１１におけるウェーハ・プロセッシング工程の中核をなすリソグラフィ工程を示すフロー図である。
【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６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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