JP2004214044A - 電子線装置及び電子線装置を用いた半導体デバイス製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、２次光学系の２次電子の透過率を大きく、更に、ビームのボケを少なくした電子線装置、及び、検出される画像を低収差にすることができ、精度の高い検査を行うことができるデバイス製造方法を提供する事を目的とする。
【解決手段】本発明は、上記課題を解決すべく検査対象である試料３４の試料面３４ａに電子銃１２より放出された１次電子線を入射させ、その試料３４から出てくる２次電子線により形成される電子像を拡大して検出する電子線装置１０に於いて、前記１次電子線と前記２次電子線とに共通する経路上にＮＡ開口４０を設け、前記試料面３４ａの近くに電子レンズ３２を設け、前記１次電子線に関し、前記電子銃１２が作るクロスオーバと前記電子レンズ３２と前記ＮＡ開口４０とが、それぞれ共役関係にあることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、最小線幅０．１μｍ以下のパターンを有する試料の評価を高スループット且つ高信頼性で行う電子線装置に関するものであり、更に、そのような装置を用いるデバイス製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ステンシルマスクなどの各種マスクの欠陥検査工程やフォトマスク工程において、１次電子線を試料に入射させ、試料から放出される２次電子を像として拡大して、その像をＣＣＤ検出器あるいはＴＤＩ検出器で検出して検査（光方式検査）が行われていた。また、そのような電子線装置も公知である。先行する特許出願としては次のものが上げられる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−１３２９７５
【特許文献２】特開平 ７−２４９３９３
【特許文献３】特願２０００−１９３１０４
【特許文献４】特願２０００−２２９１０１
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の電子線装置では、２次光学系の２次電子の透過率が小さく、必要なＳ／Ｎ比の像を得るためには１次電子線を多量に入射させる必要があり、そのため試料面が帯電する問題点があった。更に、透過率を向上させるとするとビームのボケが大きくなり、像のコントラストが低下してしまう問題点があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記課題を解決するために、次の特徴を備える電子線装置である。
「１」（図２：共役関係：電子銃１２が作るクロスオーバ−ＮＡ開口４０−対物レンズ３２の主面）
本発明は、検査対象である試料の試料面に電子銃より放出された１次電子線を入射させ、その試料から放出される２次電子線により形成される電子像を拡大して検出する電子線装置に於いて、前記１次電子線と前記２次電子線とに共通する経路上にＮＡ開口を設け、前記試料面の近くに電子レンズを設け、前記１次電子線に関し、前記電子銃が作るクロスオーバと前記電子レンズの主面と前記ＮＡ開口とが、それぞれ共役関係にあることを特徴とする。
【０００６】
「２」 望ましくは、前記電子レンズの主面もしくは主面近傍に、前記ＮＡ開口の前記電子レンズ側に配置された電子レンズ（３８）によりＮＡ開口像を形成することを特徴とする。
【０００７】
「３」 更に、前記１次電子線の経路上に成形開口を設け、
前記成形開口と前記試料面を共役面とし、前記１次電子線による電子銃のクロスオーバ像をＮＡ開口と対物レンズ主面とに形成することを特徴とする。これにより、低収差となるので同じ収差ではＮＡ開口を大きくできるので２次電子の透過率が高く、少量の１次電子線であっても、充分なＳ／Ｎ比の像を得ることが可能となる。
【０００８】
本発明によれば、クロスオーバ像、ＮＡ開口、対物レンズ主面が共役となり、成形開口と成形開口像と試料面が共役となっている。
【０００９】
「４・５」（ビーム形状、その強度）
上記したように本発明は、ＮＡ開口の像を上記試料面の近くに配した電子レンズの主面近くに形成される様にした。その構成を図２に示す。上記電子レンズを図２中、符号３２とし、以下対物レンズ３２とする。上記構成により、試料面３４ａからＮＡ開口４０を通る２次電子のみが２次光学系に受け入れられ検出される。その様子を図３に示す。
【００１０】
試料からの２次電子は符号４３で示す余弦法則に従って放出される。即ち、放出点Ｏから任意角度方向へ放出される２次電子の強度は放出点Ｏと符号４３で示す円周との交点迄の距離に比例する。従って、試料の視野の中央から放出された２次電子の内、２次光学系に受け入れられる量は符号４１で示す角錐と余弦法則による球状（その一断面を円周４３と示す）で囲まれた体積に比例する。一方、視野の右端から放出される２次電子のうち、２次光学系に受け入れられるものは符号４２で示す角錐の範囲内である。
【００１１】
角錐４１と角錐４２とは、その頂点の角度αが同じであるにも関わらず、その体積は角錐４１のほうが大きい。角錐４１は円弧ＡＢを含み、角錐４２は円弧ＣＤを含む。両角錐（４１、４２）の比較により、右端から放出される２次電子は、試料３４の中央（光軸１１上）から放出される２次電子より少ない。従って、光軸１１上は明るく、光軸１１から離れた位置の２次電子線は暗くなる傾向となる。
【００１２】
そこで、本発明は、１次電子線を試料面に照射し、試料から放出される２次電子を像として拡大し検出する電子線装置に於いて、試料面に入射させる１次電子線のビーム形状を光軸近くで強度が小さく、光軸から離れた場所では強度が大きい分布を有することを特徴とする。同様に、本発明は、上記電子線装置において、試料面に入射させる１次電子線のビーム形状を光軸近くで強度が小さく、光軸から離れた場所では強度が大きい分布を有することを特徴とする。これにより、２次光学系に受け入れられる２次電子は光軸からの距離に依存せず、一定になるので、検出信号強度も光軸からの距離に依存せず一定となる。
【００１３】
「６・７」（Ｅ×Ｂ分離器の位置）
また本発明は、検出される像の歪収差を小さくするために、１次電子線をＥ×Ｂ分離器を用いて試料面に垂直に入射させ、前記試料面から放出される２次電子を少なくとも２段の電子レンズで像として拡大させ、検出する電子線装置において、前記２次電子線の経路において最も下流に位置する電子レンズと検出器との間に前記Ｅ×Ｂ分離器を配置することを特徴とする。同様に、本発明は、上記電子線装置において、２次電子の経路上に少なくとも２段の電子レンズを配し、前記Ｅ×Ｂ分離器を前記２段の電子レンズのうち下流に位置する電子レンズと検出器との間に配置することを特徴とする。
【００１４】
「８・９」（偏向量、電場の２倍）
Ｅ×Ｂ分離器は通過する電子線を任意の方向に偏向させる機能を備える。しかし、上記偏向させる程度は、電子線のエネルギによって微妙に異なっている。一般に、エネルギの小さな電子線ほど大きく偏向される。
【００１５】
そこで、本発明は、１次電子線をＥ×Ｂ分離器を用いて試料面に垂直に入射させ、試料から放出される２次電子を像として拡大して検出する電子線装置に於いて、前記Ｅ×Ｂ分離器は、磁場による２次電子の偏向量が電場によるものの２倍程度であることを特徴とする。同様に、上記電子線装置に於いて、前記Ｅ×Ｂ分離器は、磁場による２次電子の偏向量が電場によるものの２倍程度であることを特徴とする。これにより、通過する電子線のエネルギにバラツキがあったとしても、近似できる程度、同じ方向に偏向される。その結果、検出器はより解像度の良い２次電子線を得ることができる。
【００１６】
「１０」上記発明の具体的構成の一つは、上記電子線装置において、前記Ｅ×Ｂ分離器は、４０００ｅｖ程度の２次電子を偏向させるよう設定され、かつ、２次電子線の光軸に対して２次電子線を７°〜１５°偏向させるよう設定されていることを特徴とする。
【００１７】
「１１」（図６：共役関係 電子銃２１２が作るクロスオーバ−対物レンズ２３２−ＮＡ開口２４０）
また、本発明は、マスクの検査に用いられる電子線装置としても実施可能である。本発明は、検査対象である試料に、電子銃より放出された１次電子線を透過させ、その透過した透過電子線により形成される電子像を拡大して検出する電子線装置に於いて、前記透過電子線の経路上にＮＡ開口を設け、前記試料の近くに電子レンズを設け、前記１次電子線及び前記透過電子線に関し、前記電子銃が作るクロスオーバと前記電子レンズと前記ＮＡ開口とが、それぞれ共役関係にあることを特徴とする。
【００１８】
「１２」望ましくは、上記電子線装置において、前記電子レンズの主面もしくは主面近傍に、前記透過電子線による電子銃のクロスオーバ像を形成することを特徴とする。
【００１９】
「１３」（もう一つの共役関係：成形開口２１６−試料２３４）
更に、本発明は、上記電子線装置において、前記１次電子線の経路上に成形開口を設け、前記１次電子線に対して、前記成形開口と前記試料を共役関係となるように配置し、前記１次光学系による成形開口の像を、前記試料面に形成することを特徴とする。これにより、必要十分な領域のみを電子線照射できるので、試料の温度上昇、放射線損傷等を最小限に保てる。少量の１次電子線であっても、充分なＳ／Ｎ比の像を得ることが可能となる。
【００２０】
「１４・１５」（拡大像を２段目レンズ前に形成）
また、本発明は、試料面から放出される２次電子あるいは試料から透過した電子像を少なくとも２段の電子レンズで拡大して検出する電子線装置に於いて、１段目の電子レンズが作る拡大像の位置を２段目の電子レンズより上流の特定の位置に合せることによって歪収差あるいは倍率色収差を小さくすることを特徴とする。同様に、上記電子線装置において、前記透過電子線の経路上に少なくとも２段の電子レンズを設け、１段目の電子レンズが作る拡大像の位置を２段目の電子レンズより上流の特定の位置に合せることを特徴とする。これにより、検出される像の歪収差をより小さくすることができる。
【００２１】
「１６・１７」（補正パラメータ最適化）
１次電子線を試料に照射し、試料から放出された２次電子像、あるいは、試料を透過する透過電子像を拡大して像として検出する電子線装置もしくは上記電子線装置に於いて、像の歪収差をシュミレーション計算し、歪収差の３次の絶対値と５次の絶対値との差を求め、前記差が最小となるか、もしくは５次の絶対値が３次の絶対値より５〜１５％程度大きくなる様に、補正パラメータを最適化し、前記最適化された補正パラメータに応じて、１段目の電子レンズが作る拡大像の位置を設定することを特徴とする。
【００２２】
「１８・１９」（拡大率の調整、試料位置移動）
ステンシルマスクとして現在２種類が考えられる。一つはマスクの１／４の像をウェーハに縮小する転写装置に使われるマスクと、他の一つは１：１の転写装置に使われるマスクである。前者は分解能はそれ程必要ないが、マスク面積が２５ｍｍ×４０ｍｍ×１６＝１６０００ｍｍ^２と大きい。一方、後者はマスク面積は２５ｍｍ×４０ｍｍ＝１０００ ｍｍ^２と小さいが、高解像度が要求される。
【００２３】
この様な２種類のステンシルマスクを検査するため、ステンシルマスクを透過した透過電子像の倍率を可変にすることが重要になる。収差を悪くしないで倍率を変えるには、ステンシルマスク２８と対物レンズ２９としての拡大レンズ間の距離、即ち、ワーキングディスタンス３１を変えるのがよいことがシミュレーションの結果明らかになった。
【００２４】
そこで、本発明は、試料を透過した電子を前記試料に近接して配置された電子レンズで透過電子像として拡大し、ＣＣＤ又はＴＤＩ又はＥＢＣＣＤのいずれかで検出する電子線装置に於いて、前記透過電子像を拡大する拡大率を変えるとき、前記試料と前記対物レンズとの間の距離を変化させることを特徴とする。同様に、上記電子線装置において、一つの試料を解像度の異なる他の試料に変更する際に、前記試料に近接して配置された電子レンズと前記試料との距離の調節手段を設けたことを特徴とする。これにより、収差を悪くすること無く透過電子像の倍率を可変にすることが可能となる。
【００２５】
「２０」（従属項：磁気レンズ、ギャップが試料側）
二次電子や透過電子の拡大像を作る場合、倍率色収差が十分補正されると、軸上色収差が収差を決める。特に２次電子の透過率を向上させるには軸上色収差を低減させることが重要になる。そこで、本発明は、上記電子線装置に於いて、前記試料面の近くに設けた電子レンズは、コアのギャップが試料側にある電磁レンズを含んでいることを特徴とする。これにより、軸上磁場分布はギャップ位置より試料６５側に最大値を形成できるので、軸上色収差係数を小さくすることができる。
【００２６】
「２１」（従属項：半導体デバイス製造方法：ウェーハのチェック）
本発明は、上記記載の電子線装置を用いて、前記被検査試料であるところの半導体ウェーハの欠陥を検査することを特徴とする半導体のデバイス製造方法である。
【００２７】
具体的一例は、以下の各ステップを備える半導体デバイスの製造方法である。
・ ウェーハを製造するウェーハ製造工程（またはウェーハを準備するウェーハ準備工程）
・ 露光に使用するマスクを製作するマスク製造工程（またはマスクを準備するマスク準備工程）
・ ウェーハ上に形成されたチップを一個ずつ切り出し、動作可能にするチップ工程
・ 前記電子線装置を用いて完成したチップを検査する検査工程
【００２８】
「２２」（従属項：半導体デバイス製造方法：マスクのチェック）
発明は、上記記載の電子線装置を用いて欠陥検査を行ったマスクを使うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００２９】
具体的一例は、以下の各ステップを備える半導体デバイスの製造方法である。
・ マスクを製造する工程
・ 製造された前記マスクを前記電子線装置を用いて検査を行う工程
・ 検査を終えた前記マスクを用いて、各種チップを製造する工程
また、前記電子線装置は、ウエハプロセッシング工程におけるリソグラフィ工程に用いることもできる。この場合、薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するために前記電子線装置によって検査されたマスクを用いてレジストパターンを形成する。
【００３０】
【発明の実施の形態】
（実施形態１）
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施形態について説明する。図１は、本発明における電子線装置及びこの電子線装置を用いた検査装置であり、図左側に電子線装置１０を、図右側に制御部１００を示す。図２は電子線装置１０の詳細な構成を示す。
【００３１】
（電子線装置１０）
電子線装置１０は、その略構成として、電子ビームを放出する電子銃１２、その下流側に電子ビームを任意の矩形に成形する成形開口１６、一次電子線と二次電子線とを分離するＥ×Ｂ分離器２０、結像された電子ビームを拡大する機能を備えた電子レンズ（拡大レンズ３８）、試料３４とその試料３４を支える試料台３６と、上記試料の試料面３４ａの近くに設けられた電子レンズ（対物レンズ３２）を備える。また、１次経路上及び２次経路上にＮＡ開口４０を設け、２次経路上に検出器７０を設ける。
【００３２】
電子銃１２は、電子放出材１２ａ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（ＬａＢ_６）が用いられている。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が可能である。本実施形態においては、電子銃１２は、先端曲率半径３０μｍＲと小さい単結晶ＬａＢ_６カソード１２ａを有し、空間電荷制限条件で動作させる事により、高輝度でしかもショット雑音の小さい電子線を放出することができるようになっている。また、ウェーネルト１２ｂとアノード１２ｃ間の距離を８ｍｍ以上に大きくし、電子銃電流を高輝度になる条件を探せば輝度をラングミュア制限より大きい値にすることもできる。
【００３３】
このように、本実施形態における電子銃１２は、熱電子カソード１２ａを有し、空間電荷制限条件にて動作するものが望ましい。また、電子銃１２には、ＦＥ（フィールドエミッタ）、ＴＦＥ（サーマルフィールドエミッタ）、ショットキーカソードを有する光源像の小さな電子銃を用いてもよい。なお、上記「空間電荷制限条件」とは、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影響されにくい条件をいう。
【００３４】
電子銃１２の放出方向に向けて（図中右斜下）、第１の電子レンズが設けられ、これをコンデンサレンズ１４とする。更に１次電子線の経路上の下流には、成形開口１６と第２の電子レンズを設ける。この第２の電子レンズを照射レンズ１８とする。電子銃１２から放出された１次電子線は、コンデンサレンズ１４で収束され、成形開口１６を照明する。成形開口１６を通ることにより所望の形状に成形された成形ビームとなり、偏向器（図中省略）で任意に偏向されることで試料３４の被検査領域のある瞬間での領域を照射する。
【００３５】
この実施形態においては、成形開口を光路に沿って２枚配置し、その間に偏向器を入れ偏向器を調節することにより、可変成形ビームにすることにより、照射領域を調節することも可能であるが、成形開口１６を寸法の異なる複数の開口で代用させ、機械的に照射領域を調整する方式は鏡筒長を短くできるメリットがある。
【００３６】
この実施形態は、一つもしくは複数の偏向器により、１次電子ビームを偏向させ、これとステージの移動とで試料全体を走査するものであるが、上記各レンズ（１４、１８）いずれかの焦点距離を変えることにより小径のクロスオーバ像を、試料面３４ａ上に形成、走査するようにしてもよい。また、成形開口を複数設け、その重なりを小さくして小径の電子線を形成し、この電子線を走査させレジストレーションに利用するようにしてもよい。
【００３７】
成形開口１６を通過し、試料３４を照射する電子線の照射領域は、長辺と短辺とを有する長方形々状が望ましい。そして、上記照射領域の長辺方向の画像形成は同時に行い、上記試料台３６を短辺方向に移動させることで、上記照射領域の短辺方向の連続移動を行う。試料台３６を連続移動させながら検査を行うので、主視野の幅が小さくても高スループットで検査が行える。
【００３８】
上記照射レンズ１８の下流には、Ｅ×Ｂ分離器を設ける。試料面３４ａに対して斜めに照射された電子ビームは、Ｅ×Ｂ偏向器２０により、偏向され、試料面３４ａに対して垂直方向となる。偏向させる角度は適宜に決定すればよく、この実施形態では５°〜３０°の範囲内とする。
【００３９】
Ｅ×Ｂ分離器２０より下流には、２次光学系の収差を小さくする役割を備えたＮＡ開口４０とダブレットレンズ（ダブルの電子レンズ）を設ける。ダブレットレンズにおいて、便宜上、試料３４に近いものを一段目とし、対物レンズ３２とする。Ｅ×Ｂ分離器２０に近いものを二段目とし、拡大レンズ３８とする。Ｅ×Ｂ分離器と試料３４との間は、ＮＡ開口４０、拡大レンズ３８、対物レンズ３２、試料３４の順で配置する。
【００４０】
電子ビームが試料面３４ａに照射されると２次電子線が放出され、この２次電子線は上記ダブレットレンズ（３２、３８）とＮＡ開口４０を通過する。ＮＡ開口４０により２次電子の収差は小さくなる。その後、２次電子線はＥ×Ｂ偏向器２０で所定角度偏向される。この実施形態では５°〜２０°の範囲内とする（図では、電子銃１２の反対側に１０°傾ける）。偏向された２次電子線の向きに対して、垂直となるよう検出器７０を配する。２次電子線は検出器７０を垂直に照射する。
【００４１】
（検出器７０）
検出器７０は、像質を落とさないで電子を増倍するＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）と、ＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート）とを備えていてもよい。電子線が照射される方向に沿って、ＭＣＰ及びＦＯＰの順で設けられている。検出器７０は、更に、真空窓と、リレー光学系としての光学レンズ、複数の画素を有する検出センサとしてのＴＤＩ検出器とを備えている。
【００４２】
なお、この検出器７０の構成は、上記構成に限ることはなく、ＭＣＰを用いない形態のほか、電子ビームに反応する素子を用いたＣＣＤ（ＥＢＣＣＤ）を用いて構成されてもよい。
【００４３】
（制御部１００）
制御部１００は、図１に例示されたように、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各種制御、演算処理を実行する制御部本体１０１と、制御部本体１０１の処理結果を表示するＣＲＴ１０３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１０５と、を備える。もちろん、上記構成は、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部１００を構成してもよい。
【００４４】
制御部本体１０１は、図示しないＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、ビデオ基板等の各種制御基板等から構成される。ＲＡＭ若しくはハードディスクなどのメモリ上には、検出器７０から受信した電気信号即ち試料３４から放出された２次電子線による画像のデジタル画像データを記憶するための電子画像記憶領域１０７が割り当てられている。また、ハードディスク上には、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１０９が存在する。更に、ハードディスク上には、欠陥検査装置全体を制御する制御プログラムの他、記憶領域１０７から電子画像データを読み出し、該画像データに基づき所定のアルゴリズムに従って試料３４の欠陥を自動的に検出する欠陥検出プログラム１１１が格納されている。この欠陥検出プログラム１１１は、基準画像記憶部１０９から読み出した基準画像と、実際に検出された電子線画像とをマッチングして、欠陥部分を自動的に検出し、欠陥有りと判定した場合、オペレータに警告表示する機能を備える。また、隣のチップの同一場所の検出された電子画像同志、あるいは同一チップ内の異なる場所の同一セルでの検出画像同志をマッチングすることもできる。このとき、ＣＲＴ１０３の表示部に電子画像１０３ａを表示するようにしてもよい。
【００４５】
（本実施形態の特徴）
（１）ＮＡ開口像の結像
本実施形態に係る電子線装置においては、１次電子線と２次電子線とに共通する経路上にＮＡ開口４０が設けられている。更に、対物レンズ３２は試料３４の近くに配置する。そして、１次電子線に関し、電子銃１２が作るクロスオーバと対物レンズ３２の主面とＮＡ開口４０とが、それぞれ共役関係となるように配置する。これにより、電子銃１２が作る光源像はＮＡ開口４０において結像され、更に、ＮＡ開口４０の像は、対物レンズ３２の主面もしくは主面近傍に結像される。これにより、１次電子線が、対物レンズ３２の主面もしくは主面近傍において光軸付近に集中し、光束を小さくでき、これによって、収差を小さくすることができる。
【００４６】
また、この実施形態では、成形開口１６と試料面３４ａを共役面とする。また、電子銃１２のクロスオーバ像をＮＡ開口４０に形成する。この実施形態では、以上の構成により、光源像がＮＡ開口４０に結像し、成形開口１６の開口像が試料面に結像する条件が満たされ、ケーラ照明条件をも充足する。以上の構成により、ＮＡ開口の像が対物レンズに結像されるので対物レンズでの光束が小さく低収差にすることができる。
【００４７】
また、この実施形態では、１次電子線はケーラー照明条件を満たし、また、二段の電子レンズ（対物レンズ３２、拡大レンズ３８）を構成する。これにより、光路長の短い１次光学系ができる。
【００４８】
上記したように本実施形態においては、ＮＡ開口による像を試料面の近くに配した電子レンズとしての対物レンズ３２の主面もしくはその近くに形成される様にした。かかる構成により、２次電子は、試料の視野の中央ないしはその端から放出されたものも対物レンズ３２の中央方向へ向かうもののみが２次光学系で受け入れられるので、対物レンズでの光束が小さく低収差となる。
【００４９】
２次電子の強度分布が不均一になる理由を図３に示す余弦法則に基づいて説明する。
【００５０】
試料からの２次電子は符号４３で示す余弦法則に従って放出される。即ち、放出点Ｏから任意角度方向へ放出される２次電子の強度は放出点Ｏと符号４３で示す円周との交点迄の距離に比例する。従って、試料の視野の中央から放出された２次電子の内、２次光学系に受け入れられる量は、符号４１で示す角錐と余弦法則による球状（その一断面を円周４３と示す）で囲まれた体積に比例する。一方、視野の右端から放出される２次電子のうち、２次光学系に受け入れられるものは、符号４２で示す角錐の範囲内である。
【００５１】
角錐４１と角錐４２とは、その頂点の角度αが同じであるにも関わらず、その体積は角錐４１のほうが大きい。角錐４１は円弧ＡＢを含み、角錐４２は円弧ＣＤを含む。両角錐（４１、４２）の比較により、右端から放出される２次電子は、試料３４の中央（光軸１１上）から放出される２次電子より少ない。従って、光軸１１上は明るく、光軸１１から離れた位置の２次電子線は暗くなる傾向となる。
【００５２】
この実施形態に係る電子線装置は、レンズなどの配置がテレセントリックにはなっていない（テレセントリックにおいては、光軸でも光軸から離れた箇所でも、１次電子線が試料面に対して垂直に照射される）。そのため、１次電子線は、光軸もしくはその近傍において、試料面に対して垂直に照射されるが、光軸から離れれば離れるほど傾斜して試料面に対して照射され、試料面上での光軸から離れた端の部分における１次電子線の強度が弱くなり、放出される２次電子線の強度も弱くなることになる。したがって、成形開口を図４に示すようにな形状にして、成形開口の端を通る１次電子線の量を大きくし、これによって、試料面上での光軸から離れた端の部分における１次電子線の強度を強くし、試料面の端に対して傾斜して照射されても、放出される２次電子線の強度を結果として、試料面上での光軸部分と同程度となるようにした。
【００５３】
すなわち、本実施形態においては、１次電子線を試料面に照射し、試料から放出される２次電子を像として拡大し検出する電子線装置に於いて、試料面に入射させる１次電子線のビーム形状を光軸近くで強度が小さく、光軸から離れた場所では強度が大きい分布を有するようにすることにより、２次光学系に受け入れられる２次電子は光軸からの距離に依存せず、一定になるようにし、検出信号強度も光軸からの距離に依存せず一定となるようにした。
この点について、以下にさらに詳細に説明する。
【００５４】
（２）成形開口像
上述したように、対物レンズ３２の主面、もしくは、主面近傍に、ＮＡ開口像が結像する。この場合、放出される２次電子の量は光軸近くで大きく、光軸から離れると小さくなる問題が生ずる。この問題を解決するために、本実施形態における成形開口１６の形状を図４（ａ）に示すようにした。この図は、成形開口１６の開口を光軸１１の上流側から下流側に向けて示すものである。図中、符号１６ａ（開口形状）で囲まれる領域の内側は、開口部１６ｂであって、１次電子が通過する領域である。符号１６ａの外側は、開口枠１６ｃであって１次電子を遮断する。
【００５５】
図に示すように、開口部１６ｂの中央付近（光軸１１付近）の開口幅Ｗ１は、一定とする。中央付近から所定距離分両端方向に離れると、開口幅を徐々に拡大させ、両端では、その幅を開口幅Ｗ２とする。開口部Ｗ２の幅は１次光学系のビームボケより狭くする。開口幅Ｗ１と開口幅Ｗ２との比率は、２次電子線の強度が光軸１１付近とその他の部分で同程度となるようにする。本実施形態では開口幅Ｗ１に対して開口幅Ｗ２を１．５ないし４倍程度とする。
【００５６】
成形開口の開口部１６ｂを通過し、試料面３４ａに到達した１次電子線の照射強度を図４（ｂ）に示す。開口部１６ｂを通過した１次電子線は、光軸からの距離に依存して増加する。図４（ｂ）に示すように、開口部１６ｂを通過し、レンズ３８と３２とで試料上３４ａに結像された１次電子線の外形１７ａは、略長方形々状となる。
【００５７】
外形１７ａの内側に示される曲線は、１次電子線の大きさを示す等高線１７ｂ〜１７ｅである。等高線１７ｂから等高線１７ｅに向けて、その量は大きくなっている。量が両端に向けて大きくなるのは、開口部１６ｂの形状が、両端に向けて大きくなっているため、両端側の方が、開口部１６ｂを通過する電子ビームが多いからである（開口幅Ｗ２＞開口幅Ｗ１）。
【００５８】
照射強度がもっとも大きいのは、図４（ｂ）の中でＡ−Ａ断面であり、その強度分布を図５に符号Ａと示す。図５は、横軸に照射幅を、縦軸に照射強度を示すものである。Ｂ−Ｂ断面における強度分布を符号Ｂと、Ｃ−Ｃ断面（中央）における強度分布を符号Ｃと示す。図５に示すように、上記各断面の横軸方向の幅はすべて等しい。一方、その高さが異なることから、同じ幅を有する電子線であっても、その強度は光軸１１からの距離に応じて異なっていることが分かる。照射強度はＡ−Ａ断面が最も大きく、Ｂ−Ｂ断面及びＣ−Ｃ断面の順で小さくなる。このような強度分布を有する１次電子線で試料面３４ａを照射すれば、２次電子系に受け入れられる２次電子は光軸１１からの距離に依存せず、一定となる。また、開口形状１６ａを適宜に調整することにより、２次電子の強度を一様にすることができる。本実施形態は、上述したように、テレセントリック照明ではない。
【００５９】
（３）（Ｅ×Ｂ分離器２０）
次にＥ×Ｂ分離器２０の機能について述べる。図２に示すようにＥ×Ｂ分離器２０は電磁偏向器２２と静電偏向器２４から構成されている。静電偏向器２４は電磁偏向器２２の内側に配置される。静電偏向器２４と電磁偏向器２２との偏向量が１：２になるように構成されている。試料面３４ａから放出される２次電子の光軸方向を基準線６０と示す。静電偏向器２４と電磁偏向器２２との偏向量が１：２になるように構成したので、２次電子が二段目の拡大レンズ３８からＥ×Ｂ分離器２０に入射すると電磁偏向器２２で基準線６０から右へ２０度偏向され、同時に、静電偏向器２４で左へ１０度偏向される。これにより、基準線６０に対して２次電子の光軸は、差し引き右へ１０度偏向される。検出器７０は、基準線６０から１０度右へ傾いた軸２００に直角となるよう配置される。検出器７０はＥ×Ｂ分離器２０から所定の距離だけ離して配置する。上記したように、この実施形態は、２次電子を電場と磁場の双方により偏向させる。そして、その偏向感度は、磁場による偏向を右に２０°とし、電場による偏向を左に１０°とするように、磁場による偏向を電場によるものの反対方向とし、かつ、２倍とする。
【００６０】
４５０２ｅＶのエネルギの２次電子を電磁偏向器２２で右に２０°偏向させるよう設定され、静電偏向器２４において左に１０°偏向させるよう設定されたＥ×Ｂ分離器２０において、４５０１ｅＶの２次電子線の偏向角は次の通りである。
【００６１】
まず、電磁偏向器２２による偏向角は（４５０２／４５０１）^１／２×２０°右へ偏向される。次に、静電偏向器２４での偏向角は（４５０２／４５０１）×１０°左へ偏向される。そして、その差を求めると、
【００６２】
【数１】

【００６３】
となる。このように静電偏向器２４と電磁偏向器２２との偏向の差は約−１０°となり、４５０１ｅＶの電子線も４５０２ｅＶの電子線と同様に右に１０°偏向することが分かる。即ち、この実施形態により、異なるエネルギの２次電子であっても、Ｅ×Ｂ分離器２０で同じ角度偏向される。これにより、偏向色収差量を小さくすることができる。偏向させる角度としては、７°〜１５°程度が望ましい。また、対象とする電子線のエネルギも４５００ｅＶに限定する必要はなく、４５００ｅＶ程度、もしくは、４０００ｅＶ〜５０００ｅＶ程度で実施は可能である。
【００６４】
更に、本発明は、２次電子の経路上に二段のレンズを配置し（対物レンズ３２と拡大レンズ３８）、そして、Ｅ×Ｂ分離器２０は、２次電子線経路において最も下流に配置された拡大レンズ３８より下流側、すなわち、拡大レンズ３８と検出器７０との間に配置する。更に、本実施形態では、Ｅ×Ｂ分離器２０の位置を拡大レンズ３８に対して検出器７０側とする。
【００６５】
これにより、静電偏向器２４と電磁偏向器２２との偏向感度が１：２からわずかに狂っていても、Ｅ×Ｂ分離器２０と検出器７０との間の距離が短いため、偏向色収差があっても、検出器７０上ではサブミクロンの収差量となる。更に、検出器７０上においてピクセル寸法は拡大されている（例えば、５０ｎｍピクセルで６４０倍とすれば３２μｍピクセルサイズとなる）ので、半導体デバイスの検査精度において、上記収差量は全く問題とならない。特に、この実施形態は、Ｅ×Ｂ分離器２０の位置を拡大レンズ３８より検出器７０側とすることで、その収差量を更に小さくすることができる。
【００６６】
２次電子線を偏向させるためのＥ×Ｂ偏向器２０の構成としては、電磁偏向器２２のコイルの巻数を増減したり、加える電圧や電流を増減してもよい。更に、静電偏向器２４の電極間、ギャップを調整し、所定角度だけ、２次電子を偏向させる形態であってもよい。さらに２次電子線は２次電子に限定されるのではなく、後方散乱電子であってもよい。
【００６７】
（実施形態２）
本発明の第２の実施形態に係る電子線装置を図６に示す。図６は、ステンシルマスクを試料とし、このステンシルマスクの検査を行う電子線装置である。この実施形態は、ＬａＢ６カソードを有する電子銃２１２から放出された電子線（１次電子線）をコンデンサレンズ２１４、及び、長方形の開口を備えた成形開口２１６に照射させ、成形開口２１６を通った電子線を照射レンズ２１８を通過させ、試料であるステンシルマスク２３４を照射させる。
【００６８】
ステンシルマスク２３４の下流側には、拡大レンズとして、第１の電子レンズ（対物レンズ２３２）と、更に下流に、第２の電子レンズ（拡大レンズ２３８）を設ける。ステンシルマスク２３４を透過した電子線（透過電子線）は、対物レンズ２３２と拡大レンズ２３８で二段に拡大され、検出器２７０に拡大像を作る。上記２段レンズの下流であって透過電子線の経路上にＮＡ開口２４０を設ける。ＮＡ開口２４０は拡大レンズ２３８の近傍で検出器側とする。ＮＡ開口２４０の下流には、検出器７０を設ける。この実施形態において、検出器２７０には電子ビームを感知する素子を用いたＥＢＣＣＤを用いる。検出器で検出された画像は、図１に示す電子線装置１０と同様に制御部１００に送られ、所定の解析、検査工程が実施される。
【００６９】
この実施形態では、電子銃２１２が作るクロスオーバと対物レンズ２３２とＮＡ開口２４０をそれぞれ共役関係とする。更に、１次電子線の経路上に成形開口２１６を設け、この成形開口２１６と試料２３４（試料面）とが共役関係となるように配置する。これにより成形開口２１６による像は試料２３４（試料面）に形成される。また、電子銃２１２が作るクロスオーバ像は対物レンズ２３２の主面、若しくは、主面近傍に形成される。 以上の構成により開口像に寄与する電子線は対物レンズ２３２付近では光軸２０５近くを通るので、検出される像を低収差にすることができる。また、ケーラー照明条件が満たされることとなる。
【００７０】
（拡大像の位置）
１段目の電子レンズとしての対物レンズ２３２によるステンシルマスク２３４の像（拡大像）を２段目の拡大レンズ（２段目の電子レンズに対応）２３８の手前、すなわち、上流側にある特定の位置２３１に結像させたときに検出される像の歪収差が最小になることがシミュレーションで明らかになった。そこで、以下、この拡大像を設ける位置について説明する。なお、このシミュレーションにおける補正パラメータとして、図６に示す拡大像２３１と拡大レンズ２３８の距離Ｌのほか、光軸２０５からの距離の３乗に比例する３次の歪と、光軸２０５からの距離の５乗に比例する５次の歪を評価する。
【００７１】
拡大像２３１を設ける位置と拡大レンズ２３８との距離Ｌを変化させたときの歪を図７に示す。図中の横軸は上記距離Ｌを示し、縦軸は計算により求まった歪の大きを示す。そして、図中、左側の曲線が３次の歪Ｓ３であり、右側の曲線が５次の歪Ｓ５を示す。なお、歪Ｓ３が正の値であるのに対して、歪Ｓ５は負の値であるので、この図７は両値の絶対値を示す。
【００７２】
図に示すように、シミュレーションの結果、両歪（Ｓ３，Ｓ５）が０になるときの距離Ｌは一致しないことが判明した。３次の歪Ｓ３が０になるのは、距離Ｌ３のときであり、５次の歪Ｓ５が０になるのは距離Ｌ５のときである。即ち３次と５次の歪を同時に０とすることはできない。そこで、この発明では、両者の絶対値がほぼ等しくなる距離Ｌ１を適切な距離Ｌ１として採用する。この距離Ｌ１は、３次と５次の歪収差の絶対値が最小となる値である。
【００７３】
上記距離Ｌ１としたときの、３次の歪Ｓ３と５次の歪Ｓ５の歪を図８に示す。図８は、横軸に光軸２０５からの距離をとり、縦軸に歪をとったものである。歪は光軸２０５に対して左右対称であるので、図８では右側だけの歪を示す。図中、上に向いた曲線は３次の歪Ｓ３１、下に向いた曲線は５次の歪Ｓ５１である。そして、両者の差を符号Ｓ７１として示す。図に示すように、補正パラメータを最適化することにより、歪を約２０％小さくすることができた。これにより、検出される像の歪収差及び倍率色収差を更に小さくすることができる。
【００７４】
更に、本発明は、３次と５次の歪収差の絶対値が最小となる距離だけでなく、５次の歪（歪収差）の絶対値が３次の歪（歪収差）の絶対値より５％〜１５％大きくなるように距離Ｌを設定してもよい。５次の歪Ｓ５が３次の歪Ｓ３より１０％大きくなる距離Ｌを距離Ｌ２とする（図７参照）。この距離Ｌ２としたときの、３次の歪と５次の歪を求め、その差を図８に符号Ｓ７２として示す。歪の差Ｓ７２は、歪の差Ｓ７１より更に小さくなり、１３％となる。
【００７５】
この補正パラメータに応じて、一段目の電子レンズ（対物レンズ２３２、実施形態１であれば対物レンズ３２）が作る拡大像の位置を設定するシミュレーションの構成を、実施形態１に用いた図１を参照して説明する。シミュレーションによって、歪収差の３次と５次の値を算出し、それらの絶対値を求めるプログラム１１３を備える。更に、プログラム１１３により算出されたそれらの和の絶対値が最小となるか、もしくは、５次の歪の絶対値が３次の歪のそれより５〜１５％程度大きくなるように一段目の電子レンズ（拡大レンズ）が作る拡大像の位置を設定するプログラム１１５とを備える。拡大像の位置は、対物レンズ２３２における電界の強度を調節することで行う。
【００７６】
（試料のＺ位置の移動）
ステンシルマスクとして現在２種類が考えられる。一つはマスクの１／４の像をウェーハに縮小する転写装置に使われるマスクと、他の一つは１：１の転写装置（ＬＥＥＰＬ）に使われるマスクである。前者は分解能はそれ程必要ないが、マスク面積が２５ｍｍ×４０ｍｍ×１６＝１６０００ｍｍ^２と大きく高いスループットが要求される。一方、後者はマスク面積は２５ｍｍ×４０ｍｍ＝１０００ ｍｍ^２と小さいが、高解像度が要求される。
【００７７】
この様な２種類のステンシルマスクを検査するため、ステンシルマスクを透過した透過電子像の倍率を可変にすることが重要になる。収差を悪くしないで倍率を変えるには、ステンシルマスク２８と対物レンズ２９としての拡大レンズ間の距離、即ち、ワーキングディスタンス３１を変えるのがよいことがシミュレーションの結果明らかになった。
【００７８】
そこで、本実施形態においては、透過電子像を拡大する拡大率を変えるとき、試料としてのステンシルマスク２３４と対物レンズ２３２との間の距離を変化させるようにした。これにより、収差を悪くすること無く透過電子像の倍率を可変にすることが可能となる。
【００７９】
ステンシルマスク２３４を透過した透過電子像の倍率を可変にするため、この実施形態では、ステンシルマスク２３４の位置を光軸２０５方向に移動可能とする。図６では、移動後のステンシルマスク２３４の位置を符号２３４’と示す。符号２３４の位置で拡大率が６４０倍のところ、符号２３４’に移動させることで、すなわち、対物レンズ２３２から離すことによって３２０倍の拡大率となる。このように、この発明は、試料２３４と対物レンズ２３２との距離を可変可能とする。
【００８０】
この場合の１次電子線は、ＮＡ開口２４０によるクロスオーバの結像条件はそのままとし、成形開口２１６によるマスク像の結像条件はボケを許容すれば足りる。そこで、望ましい実施形態として、成形開口２１６には、形状の異なる開口部を複数設ける。図６では、それらを符号２１６ａ〜ｃと示す。上記透過電子像の倍率を変えたとき、成形開口２１６の寸法を符号２１６ａ〜ｃのいずれかに交換することによって照明領域を変えるのが望ましい。
【００８１】
ステンシルマスク２３４の位置を移動させる手段、言い換えると、試料（ステンシルマスク２３４）と近接して配置された電子レンズ（対物レンズ２３２）との距離を調節する手段としては、ステンシルマスク２３４に何からのアクチュエータを連動させ、移動させる形態で実施可能である。また、ステンシルマスク２３４を保持するカセットと、そのカセットを受け入れるホルダー部とを設け、カセットごとにステンシルマスク２３４を保持する位置を変化させ、試料を変更する際には、カセットごと取り替えることで、上記試料と対物レンズとの距離を変更させる形態であってもよい。
【００８２】
（対物レンズ３０１の構造）
２次電子もしくは透過電子の拡大像を作る場合、倍率色収差が十分補正されると、軸上色収差が収差を決める。特に２次電子等の透過率を向上させるには軸上色収差を低減させることが重要になる。図９は大きい開口角で軸上色収差を小さくするための対物レンズ３００の構造を示したものである。この対物レンズ３００は、図１に示した対物レンズ３２あるいは図６に示した対物レンズ２９として用いることができる。図９は、対物レンズ３００の光軸２９９に沿った縦断面である。図中の符号２９９は光軸を示している。対物レンズ３００としての電磁レンズは、環状構造をしており、その中心に電子線を通すための経路が形成されている。電磁レンズ３００は、その試料側に、環状のレンズギャップ３０５が試料３０３側に向いて形成されている。この実施形態においてレンズギャップ３０５の位置は、光軸２９９を中心に対称の位置とする。レンズギャップ３０５の幅は、電磁レンズ３００の設計に応じて適宜に設定可能である。
【００８３】
このレンズギャップ３０５を設けた場合の軸上磁場分布が、図中、Ｂ１として示されている。従来の構成である光軸側２９９にレンズギャップ３０７を設けたときの軸上磁場分布をＢ２として示す。軸上磁場分布Ｂ１において、最大値のＺ位置をＰ１、軸上磁場分布Ｂ２において最大値のＺ位置をＰ２とすると、位置Ｐ２より位置Ｐ１の方が試料３０３に近い。このように、レンズギャップ３０５を試料３０３側に設けることで、最大値を示すＺ位置を試料側に形成することができる。これにより、軸上色収差係数を小さくすることができる。
【００８４】
更に、電磁レンズ３００と試料３０３との間には２枚の静電レンズ用電極を設けることが望ましい。この実施形態では、電磁レンズ３００と試料３０３との間に静電レンズとしての電極３０９と、３１１とを設ける。そして、電極３０９に正の高電圧を印加し、電極３１１と電磁レンズ磁極３０１とを接地することによってこれらの構成はユニポテンシャルレンズとして機能する。また、試料３０３に負の高圧を印加することによっても、減速電界レンズとして機能させることができ、軸上色収差をさらに小さくできる。
【００８５】
電磁レンズ３００のレンズギャップ３０５と光軸２９９との間の距離Ｌ１０を変えることによって、軸上磁場分布のピークを、二枚の静電レンズ（３０９、３１１）のうち、電極３０９の位置に合せることによって収差を小さくすることもできる。図中、その位置を符号Ｐ３と示す。なお、電極３０９は電磁レンズ３００側に配置された電極である。
【００８６】
（実施形態３）
本発明の第３の実施形態は、本発明の電子線装置をデバイス製造に適用した実施形態である。図１０は、デバイス製造工程を示すフローチャート、図１１は、図１０の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チャートである。図１０及び図１１を参照して、デバイス製造工程を説明する。
【００８７】
デバイス製造工程は、以下の各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１０）
（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１１）
（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１２）。
（４） ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にするチップ工程（チック組み立て工程）。（ステップ１３）
（５） 完成したチップを検査するチップ検査工程。（ステップ１４）
尚、これら主工程には更にいくつかのサブ工程からなっている。
【００８８】
これら主工程の中で、デバイスの性能に影響を及ぼす主工程は、ウェーハプロセッシング工程（ステップ１２）である。このウェーハプロセッシング工程では、設計された回路パターンをウェーハ上に順次積層し、チップを多数形成する。
【００８９】
このウェーハプロセッシング工程（ステップ１２）は、以下のサブ工程を含んでいる。
（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）を用いてレジストのパターンを形成するリソグラフィー工程。
（Ｄ）レジストのパターンに従って薄膜層やウェーハ基板を加工するエッチング工程（ドライエッチング等）。
（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検査工程。
尚、ウェーハプロセッシング工程（ステップ１２）は、多層ウェーハの場合には層数だけ繰り返し行い、デバイスを製造する。
【００９０】
図１１を参照して、上記（Ｃ）リソグラフィー工程を説明する。
リソグラフィー工程は、以下の各工程を含んでいる。
（Ｃ１）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２０）
（Ｃ２）レジストを露光する露光工程。（ステップ２１）
（Ｃ３）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２２）
（Ｃ４）現像されたレジストパターンを安定化させる為のアニール工程。（ステップ２３）
以上のデバイス製造工程、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、周知であるのでこれ以上の説明は省略する。
【００９１】
上記（Ｇ）加工されたウェーハを検査する検査工程に、本発明の電子線装置、検査装置を用いることによって、検出される画像を低収差にすることができ、精度の高い検査を行うことができる。
【００９２】
（実施形態４）
本発明の第４の実施形態は、上記電子線装置を用いてステンシルマスクの検査工程を行うことを特徴とするデバイス製造方法である。このデバイスの製造方法も実施形態３とほぼ同様である。図１０の参照して、デバイス製造工程を説明する。
【００９３】
このデバイス製造工程は、以下の各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１０）
（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１１）
（２’） 製造したマスクの検査工程（ここで、上記電子線装置を利用した検査装置を用いる）。（ステップ１１ａ）
（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１２）。
（４） 検査を終えた前記マスクを用いて、各種チップを製造する工程。具体的に、ウェーハ上に形成されたチップを１個ずつ切り出し、動作可能にするチップ工程（チック組み立て工程）。（ステップ１３）
（５） 完成したチップを検査するチップ検査工程。（ステップ１４）
また、前記電子線装置は、ウエハプロセッシング工程におけるリソグラフィ工程に用いることもできる。この場合、薄膜層やウエハ基板等を選択的に加工するために前記電子線装置によって検査されたマスクを用いてレジストパターンを形成する。
【００９４】
上記（２’）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ステンシルマスクでも、スループット良く検査できるので、欠陥製品の製造防止が可能となる。
【００９５】
【発明の効果】
１．本発明では、対物レンズの主面近くに開口あるいは開口像を設けるので、パターン像に寄与する電子線は対物レンズ付近では光軸近くを通るので、低収差にできる。更に、成形開口の形状を調整することで２次電子の強度を一様にできる。
２．Ｅ×Ｂ分離器を最終の電子レンズと検出器の間に配置したので多少偏向収差があっても、ピクセルサイズに比べて小さい収差に押さえられる。
３．電磁偏向量を静電偏向量の２倍にすることで、エネルギの異なる電子線もほぼ同程度偏向させることができ、その結果、偏向色収差量を小さくできる。
４．第２の実施形態では二段レンズで倍率色収差を低減して歪も小さい値にできるので、ステンシルマスクを高精度で検査できる。更に、試料であるステンシルマスク位置を光軸上で変化させることによって収差を増さないで倍率を変えることができる。
５．レンズギャップを試料側に設けることで軸上色収差の小さいレンズ構造ができる。更に、電磁レンズと静電レンズを組み合わせることで、更に、軸上色収差を小さくすることができる。
６．１次電子線はケーラー照明条件を満たし、また、二段の電子レンズを構成することで、光路長の短い１次光学系ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の電子線装置の全体図。
【図２】本発明の第１の実施形態の電子線装置の一部の詳細図。
【図３】余弦法則の説明図。
【図４】図４（ａ）は成形開口の平面図、図４（ｂ）は成形開口を通って試料面上に照射される１次電子線の像の強度分布図。
【図５】図４（ｂ）の各断面における１次電子線の強度分布図。
【図６】本発明の第２の実施形態の電子線装置の一部の詳細図。
【図７】拡大像を設ける位置と拡大レンズとの距離Ｌを変化させたときの歪の説明図。
【図８】３次と５次の歪の説明図。
【図９】対物レンズ（電磁レンズ）の概略断面図又は端面図。
【図１０】デバイス製造工程を示すフローチャート。
【図１１】リソグラフィ工程を示すフローチャート。
【符号の説明】
１０ 電子線装置
１２、２１２ 電子銃
１６、２１６ 成形開口
２０ Ｅ×Ｂ分離器
２６ 共役面
３２、２３２ 対物レンズ
３４、２３４ 試料
３４ａ、２３４ａ 試料面
３８、２３８ 拡大レンズ
４０、２４０ ＮＡ開口
７０、２７０ 検出器
１００ 制御部
２３１ 拡大像

Claims (22)

1. 検査対象である試料の試料面に電子銃より放出された１次電子線を入射させ、その試料から放出される２次電子線により形成される電子像を拡大して検出する電子線装置に於いて、
   前記１次電子線と前記２次電子線とに共通する光路上にＮＡ開口を設け、前記試料面の近くに電子レンズを設け、
   前記電子銃が作るクロスオーバと前記電子レンズと前記ＮＡ開口とが、それぞれ共役関係にあることを特徴とする電子線装置。
2. 請求項１に記載の電子線装置において、前記電子レンズの主面もしくは主面近傍に、前記ＮＡ開口像を形成することを特徴とする電子線装置。
3. 請求項２に記載の電子線装置において、
   前記１次電子線の経路上に成形開口を設け、
   前記成形開口と前記試料とを共役面とすることを特徴とする電子線装置。
4. １次電子線を試料面に照射し、試料から放出される２次電子を像として拡大し検出する電子線装置に於いて、試料面に入射させる１次電子線のビーム形状を光軸近くで強度が小さく、光軸から離れた場所では強度が大きい分布を有することを特徴とする電子線装置。
5. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の電子線装置において、
   試料面に入射させる１次電子線のビーム形状を光軸近くで強度が小さく、光軸から離れた場所では強度が大きい分布を有することを特徴とする電子線装置。
6. １次電子線をＥ×Ｂ分離器を用いて試料面に垂直に入射させ、前記試料面から放出される２次電子又は後方散乱電子を少なくとも２段の電子レンズで像として拡大させ、検出する電子線装置において、前記電子線の経路において最も下流に位置する電子レンズと検出器との間に前記Ｅ×Ｂ分離器を配置することを特徴とする電子線装置。
7. 請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の電子線装置において、２次電子又は後方散乱電子の経路上に少なくとも２段の電子レンズを配し、前記Ｅ×Ｂ分離器を前記２段の電子レンズのうち下流に位置する電子レンズと検出器との間に配置することを特徴とする電子線装置。
8. １次電子線をＥ×Ｂ分離器を用いて試料面に垂直に入射させ、試料から放出される２次電子又は後方散乱電子を像として拡大して検出する電子線装置に於いて、
   前記Ｅ×Ｂ分離器は、磁場による２次電子の偏向角が電場によるものの２倍程度であることを特徴とする電子線装置。
9. 請求項６または請求項７に記載の電子線装置に於いて、
   前記Ｅ×Ｂ分離器は、磁場による２次電子の偏向角が電場によるものの２倍程度であることを特徴とする電子線装置。
10. 請求項８または請求項９に記載の電子線装置において、
    前記Ｅ×Ｂ分離器は、４５００ｅｖ程度の２次電子又は後方散乱電子を偏向させるよう設定され、かつ、２次電子線の光軸に対して２次電子線を７°〜１５°偏向させるよう設定されていることを特徴とする電子線装置。
11. 検査対象である試料に、電子銃より放出された１次電子線を照射し、その透過した透過電子線により形成される電子像を拡大して検出する電子線装置に於いて、
    前記透過電子線の経路上にＮＡ開口を設け、前記試料の近くに電子レンズを設け、
    前記電子銃が作るクロスオーバと前記電子レンズと前記ＮＡ開口とが、それぞれ共役関係にあることを特徴とする電子線装置。
12. 請求項１１に記載の電子線装置において、前記電子レンズの主面もしくは主面近傍に、前記透過電子線による電子銃のクロスオーバ像を形成することを特徴とする電子線装置。
13. 請求項１２に記載の電子線装置において、
    前記１次電子線の経路上に成形開口を設け、
    前記成形開口と前記試料を共役関係となるように配置することを特徴とする電子線装置。
14. 試料面から放出される２次電子、後方散乱電子あるいは試料を透過した電子像を少なくとも２段の電子レンズで拡大して検出する電子線装置に於いて、１段目の電子レンズが作る拡大像の位置を２段目の電子レンズより上流の特定の位置に合せることによって歪収差あるいは倍率色収差を小さくすることを特徴とする電子線装置。
15. 請求項１１ないし請求項１３のいずれかに記載の電子線装置において、
    前記透過電子線の経路上に少なくとも２段の電子レンズを設け、１段目の電子レンズが作る拡大像の位置を２段目の電子レンズより上流の特定の位置に合せることを特徴とする電子線装置。
16. １次電子線を試料に照射し、試料から放出された２次電子像、後方散乱電子像あるいは、試料を透過する透過電子像を拡大して像として検出する電子線装置に於いて、
    検出した像の歪収差をシュミレーション計算し、歪収差の３次の絶対値と５次の絶対値との差を求め、前記差が最小となるか、もしくは５次の絶対値が３次の絶対値より５〜１５％程度大きくなる様に、補正パラメータを最適化し、前記最適化された補正パラメータに応じて、１段目の電子レンズが作る拡大像の位置を設定することを特徴とする電子線装置。
17. 請求項１４または請求項１５に記載の電子線装置において、
    検出した像の歪収差をシュミレーション計算し、歪収差の３次の絶対値と５次の絶対値との差を求め、前記差が最小となるか、もしくは５次の絶対値が３次の絶対値より５〜１５％程度大きくなる様に、補正パラメータを最適化し、
    前記補正パラメータは、前記２段目の電子レンズと拡大像との距離であり、前記最適化された補正パラメータに応じて、１段目の電子レンズが作る拡大像の位置を設定することを特徴とする電子線装置。
18. 試料を透過した電子を前記試料に近接して配置された電子レンズで透過電子像として拡大し、ＣＣＤ又はＴＤＩ又はＥＢＣＣＤのいずれかで検出する電子線装置に於いて、前記透過電子像を拡大する拡大率を変えるとき、前記試料と前記対物レンズとの間の距離を変化させることを特徴とする電子線装置。
19. 請求項１１ないし請求項１７のいずれかに記載の電子線装置において、
    一つの試料を他の試料に変更する際に、前記試料に近接して配置された電子レンズと前記試料との距離の調節手段を設けたことを特徴とする電子線装置。
20. 請求項１ないし請求項１９のいずれかに記載の電子線装置に於いて、前記試料面の近くに設けた電子レンズは、ギャップが試料側に形成された電磁レンズを備えていることを特徴とする電子線装置。
21. 請求項１ないし請求項１０、請求項１４、請求項１６または請求項１７、請求項２０のいずれかに記載の電子線装置を用いて、前記被検査試料であるところの半導体ウェーハの欠陥を検査することを特徴とする半導体のデバイス製造方法。
22. 請求項１１ないし請求項２０のいずれかに記載の電子線装置を用いて欠陥検査を行ったマスクを使うことを特徴とする半導体デバイスの製造方法。

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