JP7294981B2 - 電子線装置及び電極 - Google Patents

Description

本発明は、電子線装置及び電極に関する。

従来、電子線を対象物に照射する電子線装置として、電子顕微鏡、電子線を用いた対象物の検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。これまでの電子線装置において、電子線の経路において電子線の進行方向を曲げて当該電子線を絞るあるいは広げるために、静電レンズが用いられている。

特開２０１６－１２７０２３号公報

しかしながら、従来の静電レンズは、中心軸からの距離が離れると収差が大きくなるという問題がある。ここで収差とは、静電レンズの中心を通った電子と周辺を通った電子が同じ位置に焦点を結ばず、前後にばらつくときのずれを意味する。これは、従来の静電レンズは、電子線の経路における電界を自由に制御することができず、電子線の軌道を正確に制御できないからである。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、電子線の軌道制御の正確性を向上させることを可能とする電子線装置及び電極を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様に係る電子線装置は、電子線を対象物に照射する電子線装置であって、前記電子線を供給する電子源と、前記電子源と前記対象物との間の当該電子線の経路に設けられた電極と、を備え、前記電極は、前記電子線が通過する貫通孔が設けられた導電部材と、前記貫通孔の少なくとも一部を覆っており前記導電部材の少なくとも一面に設けられたカーボンナノチューブ膜と、を有する。

この構成によれば、カーボンナノチューブ膜は導体であるためカーボンナノチューブ膜の形状に沿って電界が形成されるので、電子線が電界に垂直に進む特性を利用して、電子線の経路における電界分布の制御性を向上させ、電子線の軌道制御の正確性を向上させることができる。更に電子線のビーム径が数十ｍｍと大きく、中心軸から離れたビームも収差を悪化させることなく扱うことができる。カーボン膜の形状を電子源側に凸になるように形成することにより凸レンズとし、カーボン膜の形状を対象物側に凸になるように形成することにより凹レンズとすることができ、これらの凸レンズと凹レンズを自由に組み合わせることが可能になるので、電子光学系の設計の自由度を向上させることができる。

本発明の第２の態様に係る電子線装置は、第１の態様に係る電子線装置であって、前記カーボン膜は、グラフェン膜、カーボンナノチューブ膜、またはカーボンナノファイバー膜である。

この構成によれば、カーボン膜の厚みを所望の薄さに薄くすることができ、カーボン膜を、電子線は透過するがプラスのイオンが透過しないようにすることができる。

本発明の第３の態様に係る電子線装置は、第２の態様に係る電子線装置であって、前記カーボンナノチューブ膜は、カーボンナノチューブが不織布状に構成されたものである。

この構成によれば、カーボンナノチューブ膜の気孔率が高く、電子線の透過率を高めることができる。

本発明の第４の態様に係る電子線装置は、第１から３のいずれかの態様に係る電子線装置であって、前記カーボン膜は、前記電子源よりも高い電位に設定されている。

この構成によれば、カーボン膜は電子源よりも高い電位に設定されているので、電子源から放出された電子が対象物に向かって加速されて、カーボン膜を通ることができる。一方、加速されてカーボン膜を透過した電子線が残留ガスに衝突して発生したプラスイオンは、電子よりもサイズがはるかに大きく、物質中を透過する能力が低いため、カーボン膜を通ることができない。そのため、プラスのイオンが電位差に従って電子源に向けて加速し、電子源（例えば、光電面）に衝突して電子源が劣化するのを防ぐことができる。

本発明の第５の態様に係る電子線装置は、第３または４の態様に係る電子線装置であって、前記カーボン膜は、前記電子源側に凸になるように形成されている。

この構成によれば、カーボン膜が導体であるためカーボンナノチューブ膜の形状に沿って電界が形成されるので、電子線の経路における電界分布の制御性を向上させ、電子線の軌道をより正確に制御することができる。

本発明の第６の態様に係る電子線装置は、第３または４の態様に係る電子線装置であって、前記カーボン膜は、前記対象物側に凸になるように形成されている。

この構成によれば、電子線の幅を広げることができる。

本発明の第７の態様に係る電子線装置は、第３または４の態様に係る電子線装置であって、前記カーボン膜は、前記電子源から前記電極への方向に対して略垂直になるように形成されている。

この構成によれば、カーボン膜は導体であるためカーボン膜の形状に沿って電界が形成されるので、電子線をまっすぐに直進させることができる。

本発明の第８の態様に係る電子線装置は、第３または４の態様に係る電子線装置であって、前記カーボン膜は、前記導電部材の両面に設けられており、前記電子源側の面に設けられたカーボン膜は、前記電子源側に凸になるように形成されており、前記対象物側の面に設けられたカーボン膜は、前記対象物側に凸になるように形成されている。

この構成によれば、電子線の幅を一度狭めてから再度広げることができる。すなわちレンズ効果を得ることができる。

本発明の第９の態様に係る電子線装置は、第１から８のいずれかの態様に係る電子線装置であって、前記導電部材は、モリブデンを含む。

本発明の第１０の態様に係る電極は、電子線を対象物に照射する電子線装置において当該電子線を供給する電子源と当該対象物との間の当該電子線の経路に設けられて使用される電極であって、前記電子線が通過する貫通孔が設けられた導電部材と、前記貫通孔の少なくとも一部を覆っており前記導電部材の少なくとも一面に設けられたカーボン膜と、を備える。

この構成によれば、カーボン膜は導体であるためカーボン膜の形状に沿って電界が形成されるので、電子線が電界に垂直に進む特性を利用して、電子線の経路における電界分布の制御性を向上させ、電子線の軌道制御の正確性を向上させることができる。更に電子線のビーム径が数十ｍｍと大きく、中心軸から離れたビームも収差を悪化させることなく扱うことができる。カーボン膜の形状を電子の電子源側に凸になるように形成することにより凸レンズとし、カーボン膜の形状を対象物側に凸になるように形成することにより凹レンズとすることができ、これらの凸レンズと凹レンズを自由に組み合わせることが可能になるので、電子光学系の設計の自由度を向上させることができる。

本発明の一態様によれば、カーボン膜は導体であるためカーボン膜の形状に沿って電界が形成されるので、電子線の経路における電界分布の制御性を向上させ、電子線の軌道制御の正確性を向上させることができる。更に電子線のビーム径が数十ｍｍと大きく、中心軸から離れたビームも収差を悪化させることなく扱うことができる。カーボン膜の形状を電子源側に凸になるように形成することにより凸レンズとし、カーボン膜の形状を対象物側に凸になるように形成することにより凹レンズとすることができ、これらの凸レンズと凹レンズを自由に組み合わせることが可能になるので、電子光学系の設計の自由度を向上させることができる。

各実施形態に共通する検査装置の全体構成図である。 第１の実施形態に係る１次光学系７２の概略の模式断面図である。 図２の領域Ｒ１の拡大断面図である。 図３の矢印Ａの方向に見た場合の矢視図である。 図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。 変形例１に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。 変形例２に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。 変形例３に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。 第２の実施形態に係る１次光学系７２の概略の模式断面図である。 第２の実施形態に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。

以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。但し、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になるのを避け、当業者の理解を容易にするためである。

本願の発明者は、厚さが非常に薄いカーボン膜が、実際に、電子線は透過するがプラスのイオンが透過しないことを発見し、電子線の経路における電界分布の制御に利用することを着想した。カーボン膜の厚さは、０．３～１００００ｎｍが好ましく、１０～１０００ｎｍがより好ましい。カーボン膜は例えば、グラフェン膜、カーボンナノチューブ膜、またはカーボンナノファイバー膜などである。各実施形態では一例としてカーボン膜は、カーボンナノチューブ膜であり、厚さは一例として１００ｎｍであるものとして以下説明する。カーボン膜は、不織布状に構成されたものであることが好ましい。これにより、カーボン膜の気孔率を高くすることができ、電子線を効率良く透過させることができる。気孔率は２５～７５％が好ましい。さらに好ましくは２５％～５０％である。２５％より低いとカーボン膜の強度が弱くなって取り扱いが難しくなり、７５％より高いと電子の透過率が低くなったり、透過した場合でも電子のエネルギーが失われたりするためである。本実施形態ではその一例として、カーボンナノチューブ膜は、カーボンナノチューブが不織布状に構成されたものであるとして以下説明する。

本実施形態では、電子線を対象物に照射する電子線装置の一例として、電子光学装置を例に説明する。従来の電子線装置では、内部で電子が真空中の残留ガスに衝突するとプラスのイオンが発生し、このプラスのイオンが電位差に従って電子源に向けて加速し、電子源（例えば、光電面）に衝突して電子源が劣化するという現象が起きる。この電子源の保護のために、プラスのイオンが電子源に衝突するのを低減するという別の課題がある。

図１は、各実施形態に共通する電子光学装置７０を示している。電子光学装置７０の検査対象（試料）は、ウエハＷである。ウエハＷは、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、又は、金属膜を有する基板等である。本実施の形態に係る電子線検査装置は、これらの基板からなるウエハＷの表面上の異物の存在を検出する。異物は、絶縁物、導電物、半導体材料、又はこれらの複合体等である。異物の種類は、パーティクル、洗浄残物（有機物）、表面での反応生成物等である。電子線検査装置は、ＳＥＭ方式装置でもよく、写像投影式装置でもよい。この例では、電子光学装置７０は、写像投影式検査装置である。

写像投影方式検査装置としての電子光学装置７０は、電子ビームを生成する１次光学系７２と、ウエハＷを設置するステージ装置５０と、ウエハＷからの２次放出電子又はミラー電子の拡大像を結像させる２次光学系７４と、それらの電子を検出する検出器７６１と、検出器７６１からの信号を処理する画像処理部７６３（画像処理系）と、位置合わせ用の光学顕微鏡８７１とを備える。検出器７６１は、本例では２次光学系７４に含まれてよい。また、画像処理部７６３は本実施形態の画像処理部に含まれてよい。

１次光学系７２は、電子ビームを生成し、ウエハＷに向けて照射する構成である。１次光学系７２は、電子源の一例である電子銃７２１と、レンズ７２２、７２５と、電極７２３、７２４と、Ｅ×Ｂフィルタ７２６と、レンズ７２７、７２９、７３０と、アパーチャ７２８とを有する。電子銃７２１により電子ビームが生成される。レンズ７２２、７２５及び電極７２３、７２４は、電子ビームを整形するとともに、電子ビームの方向を制御する。そして、Ｅ×Ｂフィルタ７２６にて、電子ビームは、磁界と電界によるローレンツ力の影響を受ける。電子ビームは、斜め方向からＥ×Ｂフィルタ７２６に入射して、鉛直下方向に偏向され、ウエハＷの方に向かう。レンズ７２７、７２９、７３０は、電子ビームの方向を制御するとともに、適切な減速を行って、ランディングエネルギーＬＥを調整する。

１次光学系７２は、電子ビームをウエハＷへ照射する。１次光学系７２は、プレチャージの帯電用電子ビームと撮像電子ビームの双方の照射を行う。実験結果では、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１と、撮像電子ビームのランディングエネルギーＬＥ２との差異は、好適には５～２０〔ｅＶ〕である。

この点に関し、ウエハＷの表面２１上の異物と周囲との電位差があるときに、プレチャージのランディングエネルギーＬＥ１を負帯電領域で照射したとする。ＬＥ１の値に応じて、チャージアップ電圧は異なる。ＬＥ１とＬＥ２の相対比が変わるからである（ＬＥ２は上記のように撮像電子ビームのランディングエネルギーである）。ＬＥ１が大きいとチャージアップ電圧が高くなり、これにより、異物の上方の位置（検出器７６１により近い位置）で反射ポイントが形成される。この反射ポイントの位置に応じて、ミラー電子の軌道と透過率が変化する。したがって、反射ポイントに応じて、最適なチャージアップ電圧条件が決まる。また、ＬＥ１が低すぎると、ミラー電子形成の効率が低下する。このＬＥ１とＬＥ２との差異は、望ましくは５～２０〔ｅＶ〕である。また、ＬＥ１の値は、好ましくは０～４０〔ｅＶ〕であり、更に好ましくは５～２０〔ｅＶ〕である。

Ｅ×Ｂフィルタ７２６の電界と磁界の条件を調整することにより、１次電子ビーム角度を定めることができる。例えば、１次系の照射電子ビームと、２次系の電子ビームとが、ウエハＷに対して、ほぼ垂直に入射するように、Ｅ×Ｂフィルタ７２６の条件を設定可能である。更に感度を増大するためには、例えば、ウエハＷに対する１次系の電子ビームの入射角度を傾けることが効果的である。適当な傾き角は、０．０５～１０度であり、好ましくは０．１～３度程度である。

このように、異物に対して所定の角度θの傾きを持って電子ビームを照射させることにより、異物からの信号を強くすることができる。これにより、ミラー電子の軌道が２次系光軸中心から外れない条件を形成することができ、したがって、ミラー電子の透過率を高めることができる。したがって、異物をチャージアップさせて、ミラー電子を導くときに、傾いた電子ビームが大変有利に用いられる。

ステージ装置５０は、ウエハＷを載置する手段であり、ｘ－ｙの水平方向及びθ方向に移動可能である。また、ステージ装置５０は、必要に応じてｚ方向に移動可能であってもよい。ステージ装置５０の表面には、静電チャック等のウエハ固定機構が備えられていてもよい。

ステージ装置５０上にはウエハＷがあり、ウエハＷの上に異物がある。１次光学系７２は、ランディングエネルギーＬＥ－５～－１０〔ｅＶ〕でウエハＷの表面２１に電子ビームを照射する。異物がチャージアップされ、１次光学系７２の入射電子が異物に接触せずに跳ね返される。これにより、ミラー電子が２次光学系７４により検出器７６１に導かれる。このとき、二次放出電子は、ウエハＷの表面２１から広がった方向に放出される。そのため、２次放出電子の透過率は、低い値であり、例えば、０．５～４．０％程度である。これに対し、ミラー電子の方向は散乱しないので、ミラー電子は、ほぼ１００％の高い透過率を達成できる。ミラー電子は異物で形成される。したがって、異物の信号だけが、高い輝度（電子数が多い状態）を生じさせることができる。周囲の二次放出電子との輝度の差異・割合が大きくなり、高いコントラストを得ることが可能である。

また、ミラー電子の像は、前述したように、光学倍率よりも大きい倍率で拡大される。拡大率は５～５０倍に及ぶ。典型的な条件では、拡大率が２０～３０倍であることが多い。このとき、ピクセルサイズが異物サイズの３倍以上であっても、異物を検出可能である。したがって、高速・高スループットで実現できる。

例えば、異物のサイズが直径２０〔ｎｍ〕である場合に、ピクセルサイズが６０〔ｎｍ〕、１００〔ｎｍ〕、５００〔ｎｍ〕等でよい。この例ように、異物の３倍以上のピクセルサイズを用いて異物の撮像及び検査を行うことが可能となる。このことは、ＳＥＭ方式等に比べて、高スループット化のために著しく優位な特徴である。

２次光学系７４は、ウエハＷから反射した電子を、検出器７６１に導く手段である。２次光学系７４は、レンズ７４１、７４３と、ＮＡアパーチャ７４２と、アライナ７４４と、検出器７６１とを有する。電子は、ウエハＷから反射して、レンズ７３０、７２９、アパーチャ７２８、レンズ７２７及びＥ×Ｂフィルタ７２６を再度通過する。そして、電子は２次光学系７４に導かれる。２次光学系７４においては、レンズ７４１、ＮＡアパーチャ７４２、レンズ７４３を通過して電子が集められる。電子はアライナ７４４で整えられて、検出器７６１に検出される。

ＮＡアパーチャ７４２は、２次系の透過率・収差を規定する役目を持っている。異物からの信号(ミラー電子等)と周囲(正常部)の信号の差異が大きくなるようにＮＡアパーチャ７４２のサイズ及び位置が選択される。あるいは、周囲の信号に対する異物からの信号の割合が大きくなるように、ＮＡアパーチャ７４２のサイズ及び位置が選択される。これにより、Ｓ／Ｎを高くすることができる。

例えば、φ５０～φ３０００〔μｍ〕の範囲で、ＮＡアパーチャ７４２が選択可能であるとする。検出される電子には、ミラー電子と二次放出電子が混在しているとする。このような状況でミラー電子像のＳ／Ｎを向上するために、アパーチャサイズの選択が有利である。この場合、二次放出電子の透過率を低下させて、ミラー電子の透過率を維持できるようにＮＡアパーチャ７４２のサイズを選択することが好適である。

例えば、１次電子ビームの入射角度が３°であるとき、ミラー電子の反射角度がほぼ３°である。この場合、ミラー電子の軌道が通過できる程度のＮＡアパーチャ７４２のサイズを選択することが好適である。例えば、適当なサイズはφ２５０〔μｍ〕である。ＮＡアパーチャ（径φ２５０〔μｍ〕）に制限されるために、２次放出電子の透過率は低下する。したがって、ミラー電子像のＳ／Ｎを向上することが可能となる。例えば、アパーチャ径をφ２０００からφ２５０〔μｍ〕にすると、バックグランド階調（ノイズレベル）を１／２以下に低減できる。

異物は、任意の種類の材料で構成されてよく、例えば半導体、絶縁物、金属等でよく、又はそれらが混在してもよい。異物表面には自然酸化膜等が形成されるので、異物は絶縁材料で覆われることになる。よって、異物の材料が金属であっても、酸化膜にてチャージアップが発生する。このチャージアップが本例に好適に利用される。

検出器７６１は、２次光学系７４により導かれた電子を検出する手段である。検出器７６１は、その表面に複数のピクセルを有する。検出器７６１には、種々の二次元型センサを適用することができる。例えば、検出器７６１には、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）及びＴＤＩ（Time Delay Integration）－ＣＣＤが適用されてよい。これらは、電子を光に変換してから信号検出を行うセンサである。そのため、光電変換等の手段が必要である。よって、光電変換やシンチレータを用いて、電子が光に変換される。光の像情報は、光を検知するＴＤＩに伝達される。こうして電子が検出される。

ここでは、検出器７６１にＥＢ－ＴＤＩを適用した例について説明する。ＥＢ－ＴＤＩは、光電変換機構・光伝達機構を必要としない。電子がＥＢ－ＴＤＩセンサ面に直接に入射する。したがって、分解能の劣化が無く、高いＭＴＦ（Modulation Transfer Function）及びコントラストを得ることが可能となる。従来は、小さい異物の検出が不安定であった。これに対して、ＥＢ－ＴＤＩを用いると、小さい異物の弱い信号のＳ／Ｎを上げることが可能である。したがって、より高い感度を得ることができる。Ｓ／Ｎの向上は１．２～２倍に達する。

また、ＥＢ－ＴＤＩの他に、ＥＢ－ＣＣＤが備えられてよい。ＥＢ－ＴＤＩとＥＢ－ＣＣＤが交換可能であり、任意に切り替えられてよい。このような構成を用いることも有効である。

電子光学装置７０について、さらに説明する。ウエハＷは、ｘ、ｙ、ｚ、θ方向に移動可能なステージ装置５０に設置される。ステージ装置５０と光学顕微鏡８７１により、高精度のアライメントが行われる。そして、写像投影光学系が電子ビームを用いてウエハＷの異物検査及びパターン欠陥検査を行う。ここで、ウエハＷの表面２１の電位が重要である。表面電位を測定するために、真空中で測定可能な表面電位測定装置がメインチャンバ（図示せず）に取り付けられている。この表面電位測定器が、ウエハＷ上の２次元の表面電位分布を測定する。測定結果に基づき、電子像を形成する２次光学系７４においてフォーカス制御が行われる。ウエハＷの２次元的位置のフォーカスマップが、電位分布を元に製作される。このマップを用いて、検査中のフォーカスを変更制御しながら、検査が行われる。これにより、場所による表面円電位の変化に起因する像のボケや歪みを減少でき、精度のよい安定した画像取得及び検査を行うことが可能となる。

ここで、２次光学系７４が、ＮＡアパーチャ７４２、検出器７６１に入射する電子の検出電流を測定可能に構成され、更に、ＮＡアパーチャ７４２の位置にＥＢ－ＣＣＤが設置できるように構成れている。このような構成は大変有利であり、効率的である。図３０では、ＮＡアパーチャ７４２とＥＢ－ＣＣＤ７４５が、開口７４７、７４８を有する一体の保持部材であるステージ７４６に設置されている。そして、ＮＡアパーチャ７４２の電流吸収とＥＢ－ＣＣＤ７４５の画像取得を夫々、独立に行える機構を、２次光学系７４が備えている。この機構を実現するために、ＮＡアパーチャ７４２、ＥＢ－ＣＣＤ７４５は、真空中でｘ、ｙに動作するステージ７４６に設置されている。したがって、ＮＡアパーチャ７４２及びＥＢ－ＣＣＤ７４５についての位置制御及び位置決めが可能である。そして、ステージ７４６には開口７４７、７４８が設けられているので、ミラー電子及び２次放出電子がＮＡアパーチャ７４２又はＥＢ－ＣＣＤ７４５を通過可能である。

＜第１の実施形態＞
続いて、第１の実施形態に係る１次光学系７２について説明する。図２は、第１の実施形態に係る１次光学系７２の概略の模式断面図である。検査装置は、電極７２３に接続され且つ設定された正の電圧を出力する電源７５を更に備える。電極７２３には、この電源７５によって当該設定された電圧が供給される。この構成により、電極７２３は電子源（ここでは電子銃７２１）よりも高い電位に設定されるので、電子銃７２１から放出された電子が対象物（ここではウエハ）に向かって進むことができる。電極７２３の電位は電子銃７２１より高く、電子銃７２１の基準電位０Ｖとした場合に一例として＋４ｋＶである。電極７２４の電位は電極７２３より高く、電子銃７２１の基準電位０Ｖとした場合に一例として＋１０ｋＶである。これにより、電子銃７２１から放出された電子は、電極７２３の貫通孔を介して、電極７２４の方向へ進む。このように、電極７２４は、電子銃７２１と対象物（ここでは一例としてウエハＷ）との間の当該電子線の経路に設けられている。

図３は、図２の領域Ｒ１の拡大断面図である。図４は、図３の矢印Ａの方向に見た場合の矢視図である。図５は、図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。図３に示すように、電極７２３は、導電性のベース部材８０を有する。更に電極７２３は支持部材８１を有し、支持部材８１は、電極７２３に設けられた貫通孔に嵌められている。支持部材８１は、窪みが設けられ、窪みの底に貫通孔が設けられている。更に電極７２３は、導電性の導電部材８２を有し、この導電部材８２は支持部材８１の窪みの底面に設置されている。この導電部材８２は、ねじ８３によって、支持部材８１の窪みの底面に固定されている。この導電部材８２には、電子線が通過する貫通孔が設けられている。導電部材８２は例えば、モリブデンを含む。

更に電極７２３は、カーボンナノチューブ膜８４を有し、このカーボンナノチューブ膜８４は、導電部材８２の貫通孔の少なくとも一部を覆っており導電部材８２の少なくとも一面に設けられている。この構成により、カーボンナノチューブ膜８４の形状に沿って電界が形成されるので、電子線の経路における電界分布の制御性を向上させる。

本実施形態ではその一例として、図４に示すように、カーボンナノチューブ膜８４は、導電部材８２の貫通孔の全部を覆うように設けられており、図３及び図５に示すように、導電部材８２の一面に設けられている。図４に示すように、カーボンナノチューブ膜８４は、カーボンナノチューブが不織布状に構成されたものである。すなわち、カーボンナノチューブ膜８４には、微細な穴が形成されているため、気孔率が高く、電子線の透過率を高めることができる。また、カーボンナノチューブ膜８４のｚ方向の厚みは、例えば約１００ｎｍである。このようなカーボンナノチューブ膜の気孔率の高さと膜厚の薄さによって、カーボンナノチューブ膜８４は電子線を通すことができる。カーボンナノチューブ膜８４は電子源７２１よりも高い電位になっている。具体的には本実施形態のように、カーボンナノチューブ膜８４の厚さが１００ｎｍ程度の場合は、電極７２４に電子銃７２１に比べて４ｋＶ以上の電圧を掛けることにより、電子源７２１から放出された電子が対象物に向かって加速されて、カーボンナノチューブ膜８４を通ることができる。
一方、加速されてカーボンナノチューブ膜８４を透過した電子線が残留ガスに衝突して発生したプラスイオンは、電子よりもサイズがはるかに大きく、物質中を透過する能力が低いため、カーボンナノチューブ膜８４を通ることができない。そのため、プラスのイオンが電位差に従って電子源に向けて加速し、電子源（例えば、光電面）に衝突して電子源が劣化するのを防ぐことができる。

図５に示すように、本実施形態に係るカーボンナノチューブ膜８４は一例として、電子銃７２１側に凸になるように形成されている。この構成により、カーボンナノチューブ膜８４は導体であるためカーボンナノチューブ膜８４に沿って電界が形成されるので、図５の矢印Ａ１及びＡ２に示すように、電子線の進行方向が、カーボンナノチューブ膜８４の表面に対して垂直になるような方向に電子線が曲がる。このように、カーボンナノチューブ膜の形状を制御することにより、電子線の軌道制御の正確性を向上させることができる。

以上、電子線を対象物に照射する電子線装置の一例である本実施形態に係る電子光学装置７０は、電子線を供給する電子銃７２１と、電子銃７２１と対象物（ここではウエハＷ）との間の当該電子線の経路に設けられた電極７２３とを備える。電極７２３は、電子線が通過する貫通孔が設けられた導電部材８２と、貫通孔の少なくとも一部を覆っており導電部材８２の少なくとも一面に設けられたカーボンナノチューブ膜８４と、を有する。

この構成により、カーボンナノチューブ膜８４は導体であるためカーボンナノチューブ膜８４の形状に沿って電界が形成されるので、電子線の経路における電界分布の制御性を向上させ、電子線の軌道制御の正確性を向上させることができる。更に電子線のビーム径が数十ｍｍと大きく、中心軸から離れたビームも収差を悪化させることなく扱うことができる。カーボンナノチューブ膜８４の形状を電子銃７２１側に凸になるように形成することにより凸レンズとし、カーボンナノチューブ膜８４の形状を対象物側に凸になるように形成することにより凹レンズとすることができ、これらの凸レンズと凹レンズを自由に組み合わせることが可能になるので、電子光学系の設計の自由度を向上させることができる。

（変形例１）
続いて本実施形態の変形例１について説明する。図６は、変形例１に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。図６に示すように、変形例１は、本実施形態に比べて、カーボンナノチューブ膜が導電部材の両面、すなわち電子銃７２１側の面と対象物側の面の両方に設けられている点で異なる。図６に示すように、電子銃７２１側の面に設けられたカーボンナノチューブ膜８４ｂは、電子銃７２１から電極７２３への方向に対して略垂直になるように形成されている。この構成により、図６の矢印Ａ３及びＡ４に示すように、カーボンナノチューブ膜８４ｂは導体であるためカーボンナノチューブ膜８４ｂの形状に沿って電界が形成されるので、カーボンナノチューブ膜８４ｂを透過する前後で電子線は曲げられず、直進させることができる。

また、図６に示すように、カーボンナノチューブ膜８５は、電子銃７２１側に凸になるように形成されている。この構成により、カーボンナノチューブ膜８４は導体であるためカーボンナノチューブ膜８４ｂの形状に沿って電界が形成されるので、電子線の進行方向が、カーボンナノチューブ膜８４の表面に対して垂直になるような方向に電子線が曲がる。すなわち、電子線を収束させることができる。

（変形例２）
続いて本実施形態の変形例２について説明する。図７は、変形例２に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。図７に示すように、変形例２は、本実施形態に比べて、カーボンナノチューブ膜が導電部材の両面、すなわち電子銃７２１側の面と対象物側の面の両方に設けられている点で異なる。

図７に示すように、電子銃７２１側の面に設けられたカーボンナノチューブ膜８４は、電子源側に凸になるように形成されており、対象物側の面に設けられたカーボンナノチューブ膜８５ｂは、対象物側に凸になるように形成されている。この構成により、図７の矢印Ａ５及びＡ６に示すように、電子線の幅を一度狭めてから再度広げることができる。すなわちレンズ効果を得ることができる。

（変形例３）
続いて本実施形態の変形例３について説明する。図８は、変形例３に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。図８に示すように、変形例３は、カーボンナノチューブ膜８４ｃが対象物（ここではウエハＷ）側に凸になるように形成されている点で異なる。この構成により、図８の矢印Ａ７及びＡ８に示すように、電子線の幅を広げることができる。

＜第２の実施形態＞
続いて第２の実施形態について説明する。図９は第２の実施形態に係る１次光学系７２の概略の模式断面図である。第１の実施形態では電極７２３が電源７５に接続されていたが、第２の実施形態では、図９に示すように、電極７２３が接地に接続されている点が異なる。この構成によれば、カーボンナノチューブ膜も接地に接続される。具体的には例えば、電極７２３の電位が０Ｖになり、電子銃７２１の電位は電極７２３の電位より低く、一例として－４ｋＶである。電極７２４の電位は電極７２３の電位より高く、一例として＋６ｋＶである。これにより、電子銃７２１から放出された電子は、電極７２３のカーボンナノチューブ膜を透過して、電極７２４の方向へ進む。図９の領域Ｒ３の拡大断面図は図３と同様である。但し、図１０は、電子源側に設けられたカーボンナノチューブ膜８４ｂの形状は、一例として第１の実施形態に係るカーボンナノチューブ膜８４の形状とは異なっている。

図１０は、第２の実施形態に係る図３の領域Ｒ２の拡大断面図である。図１０に示すように、カーボンナノチューブ膜８４ｂは、一例として、電子銃７２１から電極７２３への方向に対して略垂直になるように形成されている。この構成により、カーボンナノチューブ膜８４に沿って０Ｖの等電位面が形成されるため、図１０の矢印Ａ９及びＡ１０に示すように、カーボンナノチューブ膜８４ｂの透過前後で電子線を直進させることができる。

なお、第２の実施形態に係るカーボンナノチューブ膜８４ｂは、電子銃７２１側に凸になるように形成されていてもよいし、対象物側に凸になるように形成されていてもよい。また、カーボンナノチューブ膜は、導電部材８２の両面に設けられていてもよく、電子銃７２１側の面に設けられたカーボンナノチューブ膜は、電子銃７２１側に凸になるように形成されており、且つ対象物側の面に設けられたカーボンナノチューブ膜は、当該対象物側に凸になるように形成されていてもよい。

以上、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

５０ ステージ装置
７０ 電子光学装置
７２ １次光学系
７２１ 電子銃
７２２ レンズ
７２３ 電極
７２４ 電極
７２５ レンズ
７２６ Ｅ×Ｂフィルタ
７２７ レンズ
７２８ アパーチャ
７４ ２次光学系
７４１ レンズ
７４２ ＮＡアパーチャ
７４３ レンズ
７４４ アライナ
７４５ ＥＢ－ＣＣＤ
７４６ ステージ
７４７ 開口
７５ 電源
７６１ 検出器
７６３ 画像処理部
８０ ベース部材
８１ 支持部材
８２ 導電部材
８３ ねじ
８４、８４ｂ、８４ｃ、８５、８５ｂ カーボンナノチューブ膜
８７１ 光学顕微鏡

Claims (8)

1. 電子線を対象物に照射する電子線装置であって、
   前記電子線を供給する電子源と、
   前記電子源と前記対象物との間の当該電子線の経路に設けられた電極と、
   を備え、
   前記電極は、
   前記電子線が通過する貫通孔が設けられた導電部材と、
   前記貫通孔の少なくとも一部を覆っており前記導電部材の少なくとも一面に設けられたカーボン膜と、
   を有し、
   前記カーボン膜は、カーボンナノチューブが不織布状に構成されたものである電子線装置。
2. 前記カーボン膜は、前記電子源よりも高い電位に設定されている
   請求項１に記載の電子線装置。
3. 前記カーボン膜は、前記電子源側に凸になるように形成されている
   請求項１または２に記載の電子線装置。
4. 前記カーボン膜は、前記対象物側に凸になるように形成されている
   請求項１または２に記載の電子線装置。
5. 前記カーボン膜は、前記電子源から前記電極への方向に対して略垂直になるように形成されている
   請求項１または２に記載の電子線装置。
6. 前記カーボン膜は、前記導電部材の両面に設けられており、
   前記電子源側の面に設けられたカーボン膜は、前記電子源側に凸になるように形成されており、
   前記対象物側の面に設けられたカーボン膜は、前記対象物側に凸になるように形成されている
   請求項１または２に記載の電子線装置。
7. 前記導電部材は、モリブデンを含む
   請求項１から６のいずれか一項に記載の電子線装置。
8. 電子線を対象物に照射する電子線装置において当該電子線を供給する電子源と当該対象物との間の当該電子線の経路に設けられて使用される電極であって、
   前記電子線が通過する貫通孔が設けられた導電部材と、
   前記貫通孔の少なくとも一部を覆っており前記導電部材の少なくとも一面に設けられたカーボン膜と、
   を備え、
   前記カーボン膜は、カーボンナノチューブが不織布状に構成されたものである電極。

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