JP2003168382A - 電子銃及び該電子銃を備えた電子線装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子銃室内部の絶縁物をシールド処理するこ
とにより、空間電荷制限領域で電子銃を動作させるとき
に、ショット雑音をより低減させる。 【解決手段】 電子銃は、電子線を放出するカソード１
４を有する電子線放出部１６と、ウェーネルト３０を絶
縁可能に支持する支持部材１８と、ウェーネルト３０を
電子銃室６７に絶縁支持する碍子５８とを有し、カソー
ドとスペーサ１８の表面とをシールドするシールド部２
０、２２、２４を有し、また、ウェーネルトアノード間
空間と碍子５８とをシールドするシールド部６０、６２
とを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は、概ね、電子銃及
び該電子銃を備えた電子線装置に関し、特に、熱電子源
タイプの電子銃と、該電子銃を用いて試料の欠陥を検査
する電子線検査装置とに関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の技術分野においては、最小線幅
１００ｎｍ以下の回路パターンを有するウェーハに電子
線を照射し、ウェーハから発生した二次電子を検出し
て、ウェーハの回路パターンの欠陥検出等の評価を行う
場合に、電子線を放出する電子銃で発生したショット雑
音によってスループットが制限されるという問題があっ
た。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】一方、電子銃を空間電
荷制限条件すなわち空間電荷制限領域（カソードの温度
をある一定以上に高めて、電子線の放出量がカソード温
度に影響されない条件ないし領域）で使用することによ
り、ショット雑音を小さくすることが試みられている
（例えば、電子管の技術分野で試みられている）。

【０００４】しかしながら、電子銃を空間電荷制限領域
で使っても、絶縁体から構成されている部材（例えば、
電子銃の下流側に設けられたレンズや偏向器を支えてい
る支持部材）が、電子銃の電子線放出部分から直視され
るように配置されていると、電子線が絶縁体からなる部
材に照射され、かかる部材が帯電されてそれが雑音源と
なり、本来のショット雑音よりはるかに大きい雑音が発
生するという問題があった。しかも、このような絶縁物
の処理が悪いと電子線の照射位置あるいは電子線強度も
不安定になるという問題があった。

【０００５】そのため、電子銃のアノードより下流側に
配置された絶縁物に対しては、電子銃の電子線放出部分
から直視されないように設計が行われている。しかしな
がら、電子銃のアノードより上流側に配置された絶縁物
も帯電されて雑音源となり、本来のショット雑音よりは
るかに大きい雑音が発生するという問題があった。

【０００６】本願発明は、上記問題点に鑑みてなされた
もので、従来考慮されていなかった電子銃内部の絶縁物
をシールド処理することにより、空間電荷制限領域で電
子銃を動作させるときの本来のショット雑音になる様シ
ョット雑音を低減させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】このため、本願発明で
は、電子線を放出するカソードを有する電子線放出部
と、前記電子線放出部を絶縁支持する支持部材と、前記
支持部材の表面の帯電を防止するかあるいは上記帯電の
影響を防止するシールド部を備えた電子銃を提供するも
のである。

【０００８】本願発明の一実施例において、前記シール
ド部を、前記カソードと前記支持部材との間に設けるこ
とができる。本願発明の一実施例において、前記シール
ド部を、前記支持部材の表面が前記カソードから直視さ
れないように配置することができる。

【０００９】また、本願発明は、カソード、カソード加
熱ヒータ、ウェーネルト、アノードを有する電子銃にお
いて、前記電子銃のウェーネルトは碍子で電子銃室との
間が電気的に絶縁状態となるよう支持されており、前記
碍子の表面が、帯電するのを防止するか、あるいは帯電
の影響がビームに及ぶのを防止するシールドを有してい
る電子銃を提供するものである。

【００１０】本願発明の一実施例において、前記電子銃
を、空間電荷制限条件で動作させるようにしてもよい。
本願発明の一実施例において、前記電子銃と、該電子銃
からの電子線を試料に照射する照射系と、前記試料から
放出された二次電子を検出する検出系と、前記検出系で
検出された二次電子を画像処理して前記試料の欠陥を検
査する検査系とを備えた電子線検査装置を提供すること
ができる。

【００１１】本願発明の一実施例において、前記電子線
装置を使用してプロセス途中のウェハの評価を行うこと
ができる。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本願発明の一実施態様を添
付図面を参照して説明する。図１は、本願発明の第１の
実施態様に係る電子銃の一部を示しており、本実施形態
の電子銃は、電子放出材としてのカソードを加熱するこ
とにより電子を放出する熱電子源タイプとなっており、
空間電荷制限条件（カソードの温度をある一定以上に高
めて、電子線の放出量がカソードの温度にほとんど影響
されない条件）で動作させることが好ましい。

【００１３】本実施形態の電子銃１０は、電子線１２を
放出するカソード１４を有する電子線放出部１６と、電
子線放出部１６を絶縁可能に支持する支持部材としての
スペーサ１８と、カソード１４から放出される電子線１
２によるスペーサ１８の表面の帯電を防止するかあるい
は帯電してもその影響がビームに及ばない様にする第１
ないし第３のシールド部２０、２２、２４とを備えてい
る。

【００１４】電子銃１０は、さらに、電子線放出部１６
の周囲に配置され、カソード１４から放出される電子線
１２の量を制御するための軸対称のウェーネルト２６
と、ウェーネルト２６のさらに電子線放出方向下流側に
設けられた図示しないアノードとを備えている。

【００１５】ウェーネルト２６は、図１において下端が
開口した縦断面コ字形をしており、円筒状の側壁２８
と、側壁２８の図中上側すなわちカソード１４側に設け
られた円形状の電子線放出側壁としての上壁３０とを備
えている。ウェーネルト２６の側壁２８は、その下端側
の開口部に、円板状のスペーサ１８が設けられている。
スペーサ１８を設けることによって、ウェーネルト２６
にカソード等が固定されている。

【００１６】ウェーネルト２６の上壁３０は、カソード
１４と対向する位置に、開口部３２が形成されており、
この開口部３２を通ってカソード１４からの電子線１２
が放出されるようになっている。

【００１７】電子線放出部１６は、さらに、カソード１
４の両側に配置されカソード１４を加熱するための一対
のヒータ３４、３６と、カソード１４及びヒータ３４、
３６に通電を許容し且つカソード及びヒータを支持する
ための一対の柱状の電極３８、４０とを備えている。

【００１８】カソード１４には、ランタンヘキサボライ
ド（ＬａＢ₆）が用いられている。もっとも、高融点
（高温での蒸気圧が低い）で仕事関数の小さい材料であ
れば、他の材料を使用することも可能である。カソード
１４は、電子線を放出する円錐形状の先端部１４ａと、
先端部１４ａと一体に構成された角柱状の基端部１４ｂ
とを備えている。この実施形態においては、先端部１４
ａを円錐形状にしたものが使用されているが、円錐の先
端を切り落とした円錐台形状のものを使用してもよい。

【００１９】ヒータ３４、３６は、その平面が矩形状を
しており（図２参照）、カソード１４を加熱できるよう
にグラファイトで形成されている。ヒータ３４、３６
は、その対向する側面でカソード１４の基端部１４ｂを
挟持するように配置されており、これによって、ヒータ
３４、３６で発生した熱が十分にカソード１４に伝達で
きるようになっている。

【００２０】一対の柱状の電極３８、４０は、それぞ
れ、その平面が矩形状をしており（図２参照）、ヒータ
３４、３６の外側に配置されている。また、一対の柱状
の電極３８、４０は、それぞれ、対向する側面でヒータ
３４、３６の外側面に当接して配置されており、ヒータ
３４、３６を介してカソード１４を挟持している。さら
に、一対の柱状の電極３８、４０は、それぞれ、ヒータ
側すなわち基端側から電子銃の長手方向に沿ってスペー
サ側すなわち末端側に伸長している。そして、電極３
８、４０の末端側は、スペーサ１８を介して外側に突出
している。電極３８、４０とスペーサ１８は、機械的に
安全に保たれるように構成されている。電極３８、４０
の突出した部分は、例えば、後述するような図３に示し
たハーメチックシール８６ａ、８６ｂに接続されてい
る。そして、ケーブル９０、９２を介して、電源に接続
され、ヒータ３４、３６を加熱できるようになってい
る。

【００２１】スペーサ１８は、セラミックスなどの絶縁
体で形成されており、一対の柱状の電極３８、４０間を
ショートさせないように電気的に絶縁状態にして当該一
対の柱状の電極３８、４０の末端側を支持している。さ
らに、スペーサ１８は、ウェーネルト２６と柱状の電極
３８、４０との間が電気的に絶縁状態となるようにウェ
ーネルト２６に支持されている。

【００２２】シールド部２０、２２、２４は、それぞ
れ、電子線をシールド可能な導電性を有する材料、例え
ば金属で構成されており、カソード１４とスペーサ１８
との間に設けられていると共に、スペーサ１８の内側の
表面１８ａがカソード１４の基端面１４ｃから直視され
ないように配置されている。

【００２３】シールド部２０としてのシールド板２０
は、カソード１４のスペーサ側すなわち末端側に配置さ
れている。シールド板２０は、図２に示されているよう
に平面で見て円形状をしており、その中心部に矩形状の
開口部２０ａを有している。一対の柱状の電極３８、４
０は、その開口部２０ａを通ってスペーサ１８側に伸長
している。シールド板２０の外周縁は、ウェーネルト２
６の側壁２８の内面に接続されている。このようにし
て、シールド板２０は、電子線放出部１６とウェーネル
ト２６の側壁２８との間に設けられ、電子線放出部１６
とウェーネルト２６の側壁２８との間に形成される空間
を概ね遮断するようにしている。

【００２４】シールド板２０は、カソード１４から放出
されて発散した電子線１２ａがウェーネルト上壁３０で
反射されて迷走する電子線１３をシールドすることによ
り、迷走電子線１３を上側チャンバ２６Ａ内に留め、下
側チャンバ２６Ｂに入るのを妨げて、スペーサ１８に到
達することによる当該スペーサ１８の表面の帯電を防止
している。

【００２５】なお、シールド板２０の開口部２０ａは、
一対の柱状の電極３８、４０の通路としてだけでなく、
電子線を放出する際にカソード１４から発生するガスを
外部に排出する際の通路として利用することもできる。

【００２６】シールド板２２は、シールド板２０とスペ
ーサ１８との間に位置決めされるように、スポット溶接
などで電極４０に取り付けられている。シールド板２２
は、円の一部を切り欠いた切欠き円形状をしており（図
２参照）、その周縁は弦部２２ａと曲線部２２ｂとを備
えている。弦部２２ａは、電極３８に接触しないように
離間して設けられており、これによって、電極３８と電
極４０と間をショートさせないようになっている。曲線
部２２ｂは、ウェーネルト２６の側壁２８に接触しない
ように離間して設けられており、これによって、電極４
０とウェーネルト２６との間をショートさせないように
なっている。また、曲線部２２ｂは、側壁２８との間に
形成される間隙ができるでだけ大きくならないように、
側壁２８の内面に沿って湾曲されている。

【００２７】シールド板２２は、図１においてその左側
からカソード１４のほぼ真下にかけて配置されている。
これによって、カソード１４の基端１４ｃから漏れてシ
ールド板２０の開口部２０ａを通って放出される電子線
１５やカソードから放出された電子線のうちウェーネル
トの上壁で反射されて開口部２０ａを通って図中左側に
進む逆向電子線（迷走電子線）１７を、すなわち、図中
左側から真ん中にかけて逆行する電子線を主に遮断ない
しシールドする機能を果たしている。このようにして、
カソード１４から放出される電子線がスペーサ１８に到
達してスペーサ１８の表面が帯電することを防止してい
る。また、曲線部２２ｂを側壁２８の内面に沿って湾曲
させているので、曲線部２２ｂと側壁２８との間を通る
電子線量を大幅に低減することができるようになってい
る。また、たとえごくわずか漏れてきた迷走電子によっ
てスペーサ表面が帯電した時、その帯電によるポテンシ
ャルの変化が電子線の通路に影響を及ぼすのを、シール
ド２０、２２が防止する働きもする。

【００２８】シールド部２４は、セラミックス製のスペ
ーサ１８の表面部分にスパッターなどにより付着された
膜形態となっている。このようなシールド膜２４は、電
極３８と接続されるように当該電極３８の周辺に形成さ
れている。

【００２９】シールド膜２４も、シールド板２２と同様
に切欠き円形状をしており、その周縁は弦部２４ａと曲
線部２４ｂとを備えている。弦部２４ａは、電極４０に
接触しないように離間して設けられており、これによっ
て、電極３８と電極４０との間をショートさせないよう
になっている。曲線部２４ｂは、ウェーネルト２６の側
壁２８に接触しないように離間して設けられており、こ
れによって、電極３８とウェーネルト２６との間をショ
ートさせないようになっている。また、曲線部２４ｂ
は、側壁２８との間に形成される間隙ができるでだけ大
きくならないように、側壁２８の内面に沿って湾曲され
ている。

【００３０】シールド膜２４は、電極４０側に設けられ
たシールド板２２によってカバーされていない電極３８
側（図１における右側）に設けられているので、シール
ド板２２によって遮断されなかった図中右側に向けて逆
行する電子線１７’を主にシールドする機能を主に果た
している。また、曲線部２４ｂを側壁２８の内面に沿っ
て湾曲させているので、曲線部２４ｂと側壁２８との間
を通る電子線量を大幅に低減することができるようにな
っている。

【００３１】従来の電子銃の構造では、シールド部２
０、２２、２４がなかったため、カソードの基端１４ｃ
からセラミックス製のスペーサを直視できる構造となっ
ていた。従って、カソードから放出された電子のうちウ
ェーネルトの上壁で反射された逆向電子は、容易にスペ
ーサの表面に到達し、スペーサの表面を帯電させてい
た。このようにして、スペーサの表面が帯電するとその
電位変動がウェーネルト内の空間を伝播し、カソード付
近の電子線通路に伝わり、電子放出特性に影響を及ぼし
それが雑音を発生させることになっていた。これに対し
て、上記実施形態では、３つのシールド部２０、２２、
２４を設けたので、スペーサの表面の帯電を防止できる
だけでなく、仮にスペーサの表面が帯電しても、その電
位変動が電子線通路に伝播することを防止することがで
きる。この結果、空間電荷制限条件による本来のショッ
ト雑音特性が得られる。

【００３２】なお、シールド膜２４を電極３８ではなく
電極４０に取り付けた場合、シールド板２２は電極３８
の周囲に配置することが好ましい。シールド板２２を電
極３８及びウェーネルトの側壁２８に接触させないよう
にしてウェーネルトの空間内のほぼ全体に広げてもよ
い。この場合、シールド膜２４は小さくてもよい。逆
に、シールド膜２４を電極４０及び３８に接触させるこ
となく広げて側壁２８に接触させてもよい。この場合、
シールド板２０は設けてなくもよく支柱３８にもシール
ド板が必要となる。

【００３３】次ぎに、本願発明の別の実施態様を図３を
参照して説明する。図３は、本願発明の第２の実施態様
に係る電子銃の一部を示しており、当該実施形態の電子
銃５０も、電子放出材としてのカソードを加熱すること
により電子を放出する熱電子源タイプとなっている。ま
た、空間電荷制限条件（カソードの温度をある一定以上
に高めて、電子線の放出量がカソードの温度変化に影響
されない条件）で動作させるようになっている。

【００３４】本実施形態は、アース電位の電子銃室６７
にウェーネルト６６が碍子５８で固定され、ウェーネル
トにカソード、ヒータがスペーサ１８で固定された構造
となっており、スペーサ１８及び碍子５８の帯電の影
響、特に碍子５８の帯電の影響を防止するようにしたも
のである。

【００３５】電子銃５０は、電子線５２を放出するカソ
ード５４を有する電子線放出部５６と、ウェーネルト６
６を絶縁可能に支持する支持部材としての高電圧用の碍
子５８と、カソード５４から放出される電子線５２によ
る碍子５８の表面の帯電を防止する第１及び第２のシー
ルド部６０、６２とを備えている。

【００３６】電子銃５０は、さらに、電子線放出部５６
の周囲に配置され、カソード５４から放出される電子線
５２の量を制御するための円筒状のウェーネルト６６
と、ウェーネルト６６の周囲に配置されたアノード又は
電子銃室６７とを備えている。

【００３７】ウェーネルト６６は、図１、２に示したも
のと同様であるが、碍子との接続部をより詳細に示して
ある。ウェーネルト６６の上壁７０は、カソード５４と
対向する位置に、開口部７２が形成されており、この開
口部７２を通って電子線５２が放出されるようになって
いる。

【００３８】電子銃室６７は、その縦断面がほぼ矩形状
の円筒形状をしており、ウェーネルト６６のほぼ周辺を
囲んでいると共に、碍子５８の一部を密封固定してい
る。電子銃室６７は、円筒状の側壁７４と、側壁７４の
図中上側すなわちカソード５４側に設けられた円形状の
電子線加速電極としてのアノード７６と、側壁７４の図
中下側に設けられた円形状の支持壁としての下壁７８と
を備えている。電子銃室の下壁７８は、碍子５８が位置
ずれしないように碍子５８を支持している。電子銃室の
下壁７８と碍子５８との間は、ガスが電子銃室６７の内
部に進入しないように適切に封止されている。アノード
７６は、カソード５４及びウェーネルトの開口部７２と
対向する位置に、開口部８０が形成されており、この開
口部８０を通って電子線５２が放出されるようになって
いる。また、アノード７６は、接地すなわちアースされ
ておりその電位は接地電位となっている。

【００３９】電子線放出部５６は、さらに、カソード５
４の両側に配置されカソード５４を加熱するための一対
のヒータ８２、８４と、カソード５４及びヒータ８２、
８４に通電を許容し且つカソード及びヒータを支持する
ための一対の柱状の電極８６、８８とを備えている。

【００４０】カソード５４には、上記第１の実施の形態
と同様にランタンヘキサボライド（ＬａＢ₆）が用いら
れている。カソード５４は、電子線を放出する円錐形状
の先端部５４ａと、先端部１４ａと一体に構成された角
柱状の基端部５４ｂとを備えている。この実施形態にお
いても、円錐の先端を切り落とした円錐台形状のものを
使用してもよい。

【００４１】ヒータ８２、８４は、上記第１の実施の形
態と同様にその平面が矩形状をしており、カソード５４
を加熱できるようにグラファイトで形成されている。ヒ
ータ８２、８４は、その対向する側面でカソード５４の
基端部５４ｂを挟持するように配置されている。

【００４２】一対の柱状の電極８６、８８は、それぞ
れ、ヒータ８２、８４の外側に当接して配置されてお
り、ヒータ８２、８４を介してカソード５４を挟持して
いる。一対の柱状の電極８６、８８は、それぞれ、ヒー
タ側すなわち基端側から、電子銃の長手方向に沿って、
アノードの下壁側すなわち末端側に設けられた碍子５８
内のハーメチックシール８６ａ、８６ｂに伸長してお
り、碍子５８の末端面５８ａで終端している。また、電
極８６、８８の末端側は、碍子５８と共に、電子銃室の
下壁７８を介して外側に突出している。電極８６、８８
の終端部８６ａ、８６ｂには、それぞれ、図示しない電
源に接続されたケーブル９０、９２が接続されている。
そして、ケーブル９０、９２を介して、例えば、電極８
６、ヒータ８２、カソード５４、ヒータ８４、電極８８
の順に電流を流して、ヒータ８２、８４を加熱できるよ
うになっている。

【００４３】碍子５８は、セラミックスなどの絶縁体で
形成されており、中実で円柱状の形状をしている。碍子
５８は、一対の柱状の電極８６、８８間をショートさせ
ないように電気的に絶縁状態にして当該一対の柱状の電
極８６、８８の末端側を支持している。また、碍子５８
は、ウェーネルト６６を電子銃室６７に電気的に絶縁状
態となるように固定し且つ、ウェーネルト、ヒータ、カ
ソードに給電するためのハーメチックシールを３本有し
ている。さらに、碍子５８は、その他端（図３において
下側の端）が電子銃室の下壁７８を突出していると共
に、その他端側近くの外周縁で電子銃室の下壁７８に密
封固定されている。

【００４４】このようにして、碍子５８が電子銃室の下
壁７８によって支持されてることにより、ウェーネルト
６６は、碍子５８を介して、接地された電子銃室６７に
固定されている。また、碍子５８は、電極８６、８８と
ウェーネルト６６に電気的な接続を保つためのハーメチ
ックシール３本が埋め込まれている。

【００４５】シールド部６０、６２は、それぞれ、電子
線をシールド可能な導電性を有する材料、例えば金属で
構成されており、ウェーネルト６６の側壁６８とアノー
ド６７７の側壁７４との間に設けられている。

【００４６】シールド部６０としてのシールド板６０
は、ウェーネルト６６の側壁６８の一端側（図３におい
て上側、換言すればカソード５４側）に取り付けられて
おり、平面で見て概ね環状の形状をしている。シールド
板６０は、ウェーネルトの側壁６８の外周面からアノー
ドの側壁７４に向けて伸長しており、ウェーネルト６６
とアノード６７とがショートしないようにシールド板６
０の外周縁部６０ａとアノードの側壁内面との間には所
定の間隙が設けられている。

【００４７】シールド部６２としてのシールド板６２
は、電子銃室６７の側壁６８の他端側（図３において下
側、換言すれば碍子５８側）に取り付けられており、平
面で見て概ね環状の形状をしている。シールド板６２
は、電子銃室６７の側壁６８の内周面からウェーネルト
６６の側壁６８に向けてシールド板６０に対して平行に
伸長しており、アノード６７とウェーネルト６６とがシ
ョートしないようにシールド板６２の内周縁部６２ａと
ウェーネルトの側壁外面との間には所定の間隙が設けら
れている。すなわち、シールド板６２には、平面で見て
円形の開口部６２ｂが形成されており、開口部６２ｂの
内径はウェーネルト６６の外径よりも大きくなってい
る。これにより、開口部６２ｂを画定する内周縁部６２
ａにウェーネルト６６を接触させることなく、ウェーネ
ルト６６は開口部６２ｂを通って伸びている。

【００４８】従来の電子銃の構造のように、シールド部
６０、６２がないと、カソード５４から放出された電子
線５２のうち発散した電子線１００が電子銃室６７の上
壁７６に当たり反射された電子線１０２、１０４が発生
した場合、その反射された電子線１０２、１０４が点線
で示したように何回か反射をくり返し、碍子５８の表面
に入射して、碍子の表面を帯電させることになる。この
ようにして、碍子の表面が帯電すると、その帯電による
電位変動がウェーネルト６６とアノード６７との間の空
間に伝播し、雑音を増加させることになる。

【００４９】これに対して、上記第２の実施形態によれ
ば、ウェーネルト６６に設けたシールド板６０が図３の
点線１０２で示すような反射角度をもつ迷走した電子線
を遮蔽することができると共に、電子銃室６７の内壁面
に設けたシールド板６２が、点線１０４で示すような反
射角度を持ちシールド板６０とアノードの側壁７４との
間の間隙を通り抜けた電子線を遮蔽することができる。
すなわち、第２の実施形態によれば、点線１０２、１０
４で示すような迷走電子の通路を防ぐことができると共
に、たとえ碍子の表面が帯電したとしてもその電位変動
が電子線通路（ビーム通路）に伝播しないようになる。

【００５０】なお、第２の実施例形態においても、図１
に示したようなシールド部２０、２２、２４を、電子線
放出部５６とウェーネルト６６との間に設けるようにし
てもよい。

【００５１】次ぎに、本願発明のさらに別の実施態様を
図４を参照して説明する。図４は、図１ないし図３に示
した電子銃１０、５０を用いて電子線転写装置を構成し
た実施形態を示している。なお、図４において示された
電子銃１０、５０は、その構成を簡略化して示してい
る。

【００５２】図４に示した電子線転写装置は、上述した
ようなショット雑音低減構成を備えた電子銃１０、５０
と、電子銃１０、５０からの電子線２００をマスク２３
７に形成されたパターンに照射する照射系と、マスクの
パターンに照射される電子線を走査して、マスクのパタ
ーンをウェーハ上に転写する走査系とを備えている。

【００５３】照射系は、電子線２００を集光するコンデ
ンサレンズ２３２と、コンデンサレンズ２３２により集
光された電子線２００を成形する長方形開口２３３と、
長方形開口２３３で成形された電子線２３９をマスク２
３７上に結像させる対物レンズ２３４とを備えている。

【００５４】走査系は、対物レンズ２３４の下に設けら
れた偏向器２３５と２３６を備えている。偏向器２３５
と２３６は、マスク２３７に照射される電子線を走査す
ることにより、マスクにより成形される成形ビーム像を
走査するようになっている。このようにして、マスク２
３７でパターン化されたビームは、ウェーハ２３８の表
面に塗布された電子線レジストを感光させ、現像するこ
とによってリソグラフィを行うことができる。この電子
銃１０、５０から放出される電子線はショット雑音が小
さいので、マスク２３７に形成されるパターンが７０ｍ
ｍ以下のパターンでもウェーハ２３８に転写されるマス
クのパターンのエッジラフネスを小さくすることができ
る。すなわち、リソグラフィを行った場合にパターンの
エッジラフネスを小さくすることができる。

【００５５】なお、図中２４０は、成形像結像線を示し
ている。次ぎに、本願発明のさらに別の実施態様を図５
を参照して説明する。図５は、上述したのと同様なショ
ット雑音低減構成を備えた電子銃を用いて試料の欠陥を
検査する電子線検査装置を構成した実施形態を示してい
る。なお、図５において示された電子銃１０’には、第
１の実施の形態に示された電子銃１０と同様な構成が採
用されているが（例えば、同様なシールド板２０’、２
２’が設けられているが）、カソード１４’の構造など
に関して変更が加えられている。

【００５６】図５に示した電子線を用いた検査装置は、
電子銃１０’と、電子銃１０’からの電子線３００を試
料（例えば、基板やウェーハ）３４５に照射する照射系
と、試料３４５から放出された二次電子を検出する検出
系と、検出系で検出された二次電子を画像処理して試料
３４５の欠陥を検査する検査系とを備えている。

【００５７】電子銃１０’のカソード１４’は、光軸か
ら等間隔の位置に８個の突起を持っており、強い電子線
（すなわち、強い電子ビーム）３００を８箇所から放出
することができるようになっている。電子銃１０’はア
ノード３２８を備えており、電子線３００はアノード３
２８に形成された開口部を介して放出される。

【００５８】照射系は、コンデンサレンズ３４１と、マ
ルチ開口板３４２と、縮小レンズ３４３と、対物レンズ
３４４とを備えている。二次電子を検出する検出系は、
検出器３４７を備えている。検出系で検出された二次電
子を画像処理して試料３４５の欠陥を検査する検査系
は、画像処理回路３４８と、欠陥検査回路３４９とを備
えている。

【００５９】このようにして構成された電子線検査装置
において、シールド２０’、３８’を施した電子銃１
０’から放出された電子線３００は、コンデンサレンズ
３４１で集束され縮小レンズ３４３の手前にクロスオー
バを作り、さらに、縮小レンズ３４３で対物レンズ３４
４の近傍にクロスオーバを作成する。マルチ開口板３４
２はコンデンサレンズ３４１の下に配置されており、マ
ルチ開口板３４２には周方向に沿って等間隔に８個の開
口部３４２ａないし３４２ｈが形成されている。マルチ
開口板３４２の８個の開口部を通ることによって成形さ
れた８個の電子ビーム３０２は縮小レンズ３４３と対物
レンズ３４４で縮小され、試料３４５に８本のプローブ
を作る。試料３４５の８個所から放出された二次電子３
４６（３４６は二次電子の軌道を示している）は、対物
レンズ３４４で拡大され、検出器３４７で独立に検出さ
れ、画像処理回路３４８でＳＥＭ画像にされ、欠陥検査
回路３４９で欠陥が検出される。

【００６０】このようにショット雑音低減構成を備えた
電子銃を用いて試料の欠陥を検査する電子線検査装置を
構成した場合、試料の評価を行ったときに、小さいビー
ム電流でも高速で画像を形成してもＳ／Ｎ比の良い画像
ができ、欠陥検査、線幅測定等を高スループットで行え
る。

【００６１】次に図６及び図７を参照して、上記実施形
態で示した電子線装置により半導体デバイスを製造する
方法の実施態様を説明する。図６は、本発明による半導
体デバイスの製造方法の一実施例を示すフローチャート
である。この実施例の製造工程は以下の主工程を含んで
いる。 （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４００） （２）露光に使用するマスクを製造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４
０１） （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４０２） （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４
０３） （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４０４）なお、上記のそれぞれの主工程は更
に幾つかのサブ工程からなっている。

【００６２】これらの主工程中の中で、半導体デバイス
の性能に決定的な影響を及ぼすのが（３）のウェーハプ
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んでいる。 （Ａ）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） （Ｂ）この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程 （Ｃ）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）を用いてレジストパターンを形成
するリソグラフィー工程 （Ｄ）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） （Ｅ）イオン・不純物注入拡散工程 （Ｆ）レジスト剥離工程 （Ｇ）加工されたウェーハを検査する工程 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。

【００６３】図７は、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示すフローチャート
である。このリソグラフィー工程は以下の各工程を含
む。 （ａ）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
５００） （ｂ）レジストを露光する工程（ステップ５０１） （ｃ）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５０２） （ｄ）現像されたレジストパターンを安定化するための
アニール工程（ステップ５０３） 上記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ついては、周知のもので
ありこれ以上の説明を要しないであろう。

【００６４】上記（Ｇ）の検査工程に本発明に係る欠陥
検査方法、欠陥検査装置を用いると、微細なパターンを
有する半導体デバイスでも、スループット良く検査でき
るので、全数検査が可能となり、製品の歩留まりの向
上、欠陥製品の出荷防止が可能と成る。

【００６５】以上が、本願発明の各実施形態であるが、
本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。以
上のように本願発明によれば、電子銃内部の絶縁物に電
子線が到達しないようにシールド処理を行ったので、絶
縁物の表面が帯電する虞が少なくなり、カソードからの
放出電流のショット雑音に関して、本来の空間電荷制限
条件でのショット雑音特性が得られる。

【００６６】本願発明の種々の特徴が、特許請求の範囲
に述べられている。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本願発明の第１の実施形態に係る電子
銃の一部の縦断面図であって、図２の線Ｉ−Ｉに沿って
破断した（但し、電子銃の電子線放出部に関しては断面
をとっていない）縦断面図である。

【図２】図２は、図１の線ＩＩ−ＩＩに沿って破断した
横断面図である。

【図３】図３は、本願発明の第２の実施形態に係る電子
銃の一部の縦断面図である。

【図４】図４は、図１ないし図３に示した電子銃を用い
て構成された電子線転写装置の一例を示す概略図であ
る。

【図５】図５は、ショット雑音低減構成を備えた電子銃
を用いて構成された試料の欠陥を検査する電子線検査装
置の一例を示す概略図である。

【図６】図６は、半導体デバイスの製造方法の一実施例
を示すフローチャートである。

【図７】図７は、図６の半導体デバイスの製造方法のう
ちリソグラフィー工程を示すフローチャートである。

【符号の説明】

１０ 電子銃主要部 １２ 電子線 １４ カソード １４ａ 先端
部 １４ｂ 基端部 １４ｃ 基端 １６ 電子線放出部 １８ スペー
サ ２０ 第１のシールド部（シールド板） ２０ａ 開口部 ２２ 第２のシールド部（シールド板） ２２ａ 弦部 ２２ｂ 曲線
部 ２４ 第３のシールド部（シールド膜） ２４ａ 弦部 ２４ｂ 曲線
部 ２６ ウェーネルト ２８ 側壁 ３０ 上壁（電子線放出側壁） ３２ 開口部 ３４ ヒータ ３６ ヒータ ３８ 柱状の電極 ４０ 柱状の
電極 ５０ 電子銃全体図 ５２ 電子線 ５４ カソード ５４ａ 先端
部 ５４ｂ 基端部 ５６ 電子線
放出部 ５８ 高電圧用の碍子 ５８ａ 末端
面 ６０ 第１のシールド部（シールド板） ６０ａ 外周
縁部 ６２ 第２のシールド部（シールド板） ６２ａ 内周
縁部 ６２ｂ 開口部 ６６ ウェー
ネルト ６７ 電子銃室 ６８ 側壁 ７０ 上壁（電子線放出側壁） ７２ 開口部 ７４ 電子銃室側壁 ７６ アノード（上壁、電子線放出側壁） ７８ 電子銃室下壁 ８０ 開口部
（アノード穴） ８２ ヒータ ８４ ヒータ ８６ 柱状の電極 ８８ 柱状の
電極 ９０ ケーブル ９２ ケーブ
ル １００ 発散した電子線 １０２ 反射
電子線 １０４ 反射電子線 ２００ 電子
線 ２３２ コンデンサレンズ ２３３ 長方
形開口 ２３４ 対物レンズ ２３５ 偏向
器 ２３６ 偏向器 ２３７ マス
ク ２３８ ウェーハ ２３９ 長方形開口で成形された電子線 ２４０ 成形像結像線 １０’ 電子
銃 １４’ カソード ２０’ シー
ルド板 ２２’ シールド板 ３００ 電子
線 ３２８ アノード ３４１ コン
デンサレンズ ３４２ マルチ開口板 ３４２ａ 開
口部 ３４２ｈ 開口部 ３４３ 縮小
レンズ ３４４ 対物レンズ ３４５ 試料 ３４７ 検出器 ３４８ 画像
処理回路 ３４９ 欠陥検査回路 ３５０ Ｅ×
Ｂ分離器

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐竹 徹 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 (72)発明者 野路 伸治 東京都大田区羽田旭町11番１号 株式会社 荏原製作所内 Ｆターム(参考） 4M106 AA01 BA02 CA39 DB05 DJ11 5C030 BB01 BB04 5C033 UU10

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子線を放出するカソードを有する電子
   線放出部と、 前記電子線放出部を絶縁支持する支持部材と、 前記支持部材の表面の帯電を防止するかあるいは上記帯
   電の影響を防止するシールド部を備えたことを特徴とす
   る電子銃。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子銃において、 前記シールド部は、前記カソードと前記支持部材との間
   に設けられていることを特徴とする電子銃。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電子銃において、 前記シールド部は、前記支持部材の表面が前記カソード
   から直視されないように配置されていることを特徴とす
   る電子銃。
4. 【請求項４】 カソード、カソード加熱ヒータ、ウェー
   ネルト、アノードを有する電子銃において、 前記電子銃のウェーネルトは碍子で電子銃室との間が電
   気的に絶縁状態となるよう支持されており、 前記碍子の表面が、帯電するのを防止するか、あるいは
   上記帯電の影響がビームに及ぶのを防止するシールドを
   有していることを特徴とする電子銃。
5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれか１項に記載
   の電子銃において、 前記電子銃は、空間電荷制限条件で動作することを特徴
   とする電子銃。
6. 【請求項６】 請求項１ないし５のいずれか１項に記載
   の電子銃と、 該電子銃からの電子線を試料に照射する照射系と、 前記試料から放出された二次電子を検出する検出系と、 前記検出系で検出された二次電子を画像処理して前記試
   料の欠陥を検査する検査系とを備えた電子線検査装置。
7. 【請求項７】 請求項６に記載の電子線装置を使用して
   プロセス途中のウェハの評価を行うことを特徴とする、
   デバイス製造方法。