CN118120040A - 多极透镜以及带电粒子束装置 - Google Patents
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Abstract
多极透镜具有：空芯圆筒状的非磁性体绕线管，其设有多个狭缝；以及金属导线，设N为自然数，多个狭缝以相邻的狭缝间的中心角为(360/12N)°的方式配置，多个狭缝中的金属导线的匝数相等，在将非磁性体绕线管的与狭缝的长度方向正交的截面划分成中心角相等且包含两个以上的狭缝的偶数个区域时，区域所包含的狭缝中金属导线通过的方向相同，且与相邻的区域所包含的狭缝中金属导线通过的方向相反。
Description
技术领域
本发明涉及一种多极透镜以及带电粒子束装置。
背景技术
在使用了EUV(Extreme Ultraviolet)光刻技术的最先进的半导体工艺中，高效检测、管理由EUV光源的散粒噪声、抗蚀剂材料的不均匀性引起的随机(Stochastic)缺陷对于提高制造的成品率是重要的。随机缺陷的尺寸达到纳米尺寸，因此在该检测中使用具有与缺陷尺寸同等以上的分辨率的带电粒子束装置。另外，随机缺陷的发生概率有时为百万分之一以下，因此需要用于在短时间内测量大量的测量点的吞吐量。
专利文献1提出了一种在鞍型偏转线圈中使多极场最小化的线圈的卷绕方法。该卷绕方法已知为余弦分布卷绕。通过使用具备余弦分布卷绕的鞍型偏转线圈，能够实现抑制了由多极场引起的像差的带电粒子束偏转。
专利文献2提出了如下方法：配置具备使用了磁极的多极透镜的ExB过滤器，通过适当地控制ExB过滤器来修正偏转色差，通过适当地控制多极透镜来修正偏转彗差。
在专利文献3中提出了如下方法：在物镜的内外配置多个偏转器，利用各偏转器的偏转色差、彗差系数的差异，以不产生偏转色差以及偏转彗差的方式使光束偏转。
在专利文献4中提出了如下方法：在物镜的上游配置多个透镜和偏转器，利用配置于物镜上游的透镜的轴外像差消除由物镜产生的偏转像差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开昭59-154732号公报
专利文献2：日本特开2001-15055号公报
专利文献3：日本特开2008-153131号公报
专利文献4：日本特开2015-95297号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了提高带电粒子束装置的吞吐量，需要一边高速地重复视野移动(图像移位)一边进行拍摄的图像移位功能，但图像移位动作由于附带产生的偏转色差、偏转彗差而成为使空间分辨率变差的主要原因。
另外，在半导体工艺中，为了增加每一张晶圆的取得芯片数，图案化被进行至晶圆端。另一方面，在晶圆端存在光刻、蚀刻困难且成品率容易降低的倾向，检查、测量的需求高。但是，在使用带电粒子束装置观察晶圆端的情况下，高分辨率化所必需的减速电场因晶圆面的非连续性而紊乱，产生偏转场、多极场。随之产生偏转彗差等偏转像差，因此在取得半导体晶圆端部的SEM图像时无法避免空间分辨率的变差。
通过使用专利文献1所记载的技术，虽然能够实现抑制了由多极场引起的高阶像差的带电粒子束偏转，但存在残留由偶极场引起的偏转像差的课题。为了解决该课题，需要通过某种手段来修正偏转像差。
通过使用专利文献2～4所记载的技术，虽然能够修正偏转像差，但任一技术都存在硬件、控制系统的复杂度、制造成本的课题。因此，这些方法不适于重视成本降低的用途。
专利文献2所记载的技术使用能够产生各种多极场的多极透镜，因此也能够修正偏转像散等寄生像差。另一方面，由于该多极透镜使用磁极，因此存在产生磁性材料特有的响应延迟的课题。因此，难以与高速动作的图像移位用偏转器联动来进行控制。
专利文献3所记载的技术需要在物镜的内侧配置偏转器，因此产生空间上的制约。因此，根据物镜的结构，有时难以安装。
专利文献4所记载的技术由于使用了多个透镜，因此受由加工、组装精度的误差引起的寄生像差的影响较大。该影响在原理上能够修正，但需要复杂且高成本的控制、构造。
本发明是鉴于上述那样的课题而作成的，目的在于提供一种多极透镜以及具备该多极透镜的带电粒子束装置，面向无偏转色差、彗差的图像移位偏转以及晶圆端部观察的实现，结构简单且能够高速动作。
用于解决课题的方案
作为本发明的一实施例的多极透镜具有：空芯圆筒状的非磁性体绕线管，其设有多个狭缝；以及金属导线，
非磁性体绕线管具备设有多个狭缝的狭缝部和夹着狭缝部设置的第一圆周部以及第二圆周部，设N为自然数，多个狭缝以相邻的狭缝间的中心角为(360/12N)°的方式配置，
金属导线以反复进行如下工序的方式卷绕于非磁性体绕线管：从第一圆周部朝向第二圆周部通过多个狭缝中的某狭缝；沿着第二圆周部从某狭缝向多个狭缝中的其他狭缝移动；从第二圆周部朝向第一圆周部通过其他狭缝；以及沿着第一圆周部从其他狭缝进一步向多个狭缝中的其他狭缝移动，
多个狭缝各自中的金属导线的匝数相等，
在将非磁性体绕线管的与狭缝的长度方向正交的截面划分为中心角相等且包含两个以上的狭缝的偶数个区域时，区域所包含的狭缝中金属导线通过的方向相同，且与相邻的区域所包含的狭缝中金属导线通过的方向相反。
发明效果
本发明提供一种多极透镜以及使用了其的带电粒子束装置，能够低成本且高速地修正在图像移位偏转时或晶圆端部的观察时所产生的偏转像差。根据本说明书的记述和附图，其他课题和新的特征将变得清楚。
附图说明
图1A是绕线管(狭缝部)的剖视图。
图1B是绕线管(狭缝部)的剖视图。
图1C是用于说明多极透镜中的金属导线的卷绕方法的图。
图2A是表示六极透镜的结构的剖视图。
图2B是表示六极透镜的匝数分布以及偶极场和六极场的简易计算结果的表。
图3A是表示四极透镜的结构的剖视图。
图3B是表示四极透镜的匝数分布、以及偶极场和四极场的简易计算结果的表。
图4是表示四极透镜重叠型六极透镜的结构的剖视图。
图5A是表示偏转线圈重叠型六极透镜的结构的剖视图。
图5B是表示偏转线圈重叠型四极透镜的结构的剖视图。
图5C是表示偏转线圈·四极透镜重叠型六极透镜的结构的剖视图。
图6A是表示ExB过滤器重叠型六极透镜的结构的剖视图。
图6B是表示ExB过滤器重叠型四极透镜的结构的剖视图。
图6C是表示ExB过滤器·四极透镜重叠型六极透镜的结构的剖视图。
图7A是表示第一例的带电粒子束装置的结构的图。
图7B是表示第一例的带电粒子束装置的结构的图。
图8A是表示第二例的带电粒子束装置的结构的图。
图8B是表示第二例的带电粒子束装置的结构的图。
图9A是表示第三例的带电粒子束装置的结构的图。
图9B是表示第三例的带电粒子束装置的结构的图。
图10A是表示第四例的带电粒子束装置的结构的图。
图10B是表示第四例的带电粒子束装置的结构的图。
图11A是表示第五例的带电粒子束装置的结构的图。
图11B是表示第五例的带电粒子束装置的结构的图。
图12A是说明实施例3的多极透镜的匝数分布的表。
图12B是说明实施例3的多极透镜的控制方法的表。
图12C是表示六极场产生模式下的匝数、以及偶极场和六极场的简易计算结果的表。
图12D是表示偶极场产生模式下的匝数、以及偶极场和六极场的简易计算结果的表。
图12E是表示实施例3的带电粒子束装置的结构的图。
具体实施方式
在本公开中，提出一种鞍形线圈型的多极透镜以及使用了该多极透镜的带电粒子束装置，该多极透镜通过相对于以等角度设置有多个狭缝的空芯圆筒状的非磁性体绕线管将金属导线一边每恒定角度使方向反转一边卷绕，能够简单构成且高速动作。
实施例1
图1A、图1B分别表示用于卷绕构成多极透镜的金属导线(线圈)的绕线管(狭缝部)的剖视图。构成本实施例的多极透镜的绕线管101在其圆周上将12N个(N为任意的自然数)设置成相邻的狭缝间的中心角为(360/12N)°的等间隔。安装后，狭缝在绕线管101的周向上具有宽度地形成，因此只要在相邻的狭缝各自中配置金属导线的位置(在图1A、图1B的狭缝形状例中为狭缝的最进深部)间的中心角为(360/12N)°即可。
在本实施例中，为了至少能够产生四极场和六极场这两者，将设于绕线管101的狭缝的数量设为4和6的最小公倍数即12的倍数。图1A是N＝1时的剖视图，图1B是N＝2时的剖视图。对于设于绕线管101的狭缝，一边使绕线方向每特定的角度反转，一边以匝数在各狭缝相同的方式卷绕金属导线，从而能够实现六极透镜、四极透镜。更具体而言，金属导线的卷绕方法如下。将绕线管101的与狭缝的长度方向正交的截面划分为中心角相等且包含两个以上的狭缝的偶数个区域。此时，以一个区域所包含的狭缝中的金属导线通过的方向相同、且与邻接于该一个区域的区域所包含的狭缝中的金属导线通过的方向相反的方式，在绕线管101卷绕金属导线。通过这样卷绕金属导线，如后所述，在将绕线管101的截面划分成六个区域的情况下，能够产生六极场，在划分成四个区域的情况下，能够产生四极场，在划分成两个区域的情况下，能够产生偏转场。通过增大N，存在于一个区域的金属导线的密度提高，由此能够提高生成的极场的灵敏度。另外，具有能够减小金属导线的错位的影响的效果。
此外，绕线管101的材料为非磁性体，不具有芯。由此，能够避免磁性材料特有的响应延迟。另外，为了不会因金属导线彼此或金属导线与绕线管101的接触而电导通，金属导线被绝缘覆盖。
图2A表示生成六极场时的线圈的卷绕方法。生成六极场的多极透镜201具备绕线管101以及金属导线202，金属导线202一边使通过狭缝的方向每60°反转，一边每一个狭缝卷绕n1(n1为任意的自然数)圈。由于尺寸偏差或制造误差等，金属导线202的位置有可能产生偏差，但只要在60±3°以内就没有问题。在图2A中示出了N＝1且n1＝1的情况下的结构例，但本实施例不限于这些条件。无论这些值如何，只要分别最接近与相邻区域的边界的两个狭缝中的金属导线间的中心角收敛于60±3°即可。但是，N以及n1因加工尺寸等实际设计上的制约而被限制，因此取有限的值。
图2B是说明图2A所示的多极透镜201的匝数分布、以及偶极场和六极场的简易计算结果的表。在图2B的表中，第一列的狭缝编号是对多极透镜201标注的狭缝编号。第二列的角度θ以0°方向(y方向)为基准表示狭缝的位置，且将右转方向设为正。第三列的匝数的符号与金属导线202的通过狭缝的方向对应，将在图2A中朝向纸面表侧通过的情况设为正，将朝向纸面背侧通过的情况设为负。在多极透镜201中，匝数n1＝1，因此在任何狭缝中绝对值都为1。第四列表示匝数n1与cosθ的积，第五列表示匝数n1与cos3θ的积，这些积值分别为讨论多极透镜201生成的偶极场的大小和六极场的大小的指标。
根据图2B的表，多极透镜201不产生偶极场而产生六极场。即，作为六极透镜发挥功能。这是因为，对于所有狭缝的n1cosθ的总和为零，另一方面，对于所有狭缝的n1cos3θ的总和具有有限的值。图2B表示N＝1且n1＝1的情况下的结果，但该性质对于赋予任意的自然数的N和n1成立。
图3A表示生成四极场时的线圈的卷绕方法。生成四极场的多极透镜301具备绕线管101以及金属导线302，金属导线302一边使通过狭缝的方向每90°反转，一边每一个狭缝卷绕n2(n2为任意的自然数)圈。即使金属导线302的位置产生偏差，只要在90±3°以内就没有问题。在图3A中示出了N＝1且n2＝1的情况下的结构例，但本实施例不限于这些条件。无论这些值如何，只要分别最接近与相邻区域的边界的两个狭缝中的金属导线间的中心角收敛于90±3°即可。但是，N以及n2因加工尺寸等实际设计上的制约而被限制，因此取有限的值。
图3B是说明图3A所示的多极透镜301的匝数分布、以及偶极场和四极场的简易计算结果的表。在图3B的表中，第一列的狭缝编号是对多极透镜301标注的狭缝编号。第二列的角度θ以0°方向(y方向)为基准表示狭缝的位置，且右转方向设为正。第三列的匝数的符号与金属导线302通过狭缝的方向对应，将图3A中朝向纸面表侧通过的情况设为正，将朝向纸面背侧通过的情况设为负。在多极透镜301中，匝数n1＝1，因此在任何狭缝中绝对值都为1。第四列表示匝数n2与cosθ的积，第五列表示匝数n2与cos2θ的积，这些积值分别为讨论多极透镜301生成的偶极场的大小和四极场的大小的指标。
根据图3B的表，多极透镜301不产生偶极场而产生四极场。即，作为四极透镜发挥功能。这是因为，对于所有狭缝的n2cosθ的总和为零，另一方面，对于所有狭缝的n2cos2θ的总和具有有限的值。图2B表示N＝1且n2＝1的情况下的结果，但该性质对于赋予任意的自然数的N和n2都成立。
这样，能够通过改变线圈的匝数分布来实现产生六极场的多极透镜和产生四极场的多极透镜。
对本实施例的多极透镜中的金属导线(线圈)的卷绕方法进行说明。图1C表示多极透镜201中的金属导线的卷绕方法的一例。图1C是将绕线管101的侧面展开为平面而示出的示意图。在绕线管101设置有：狭缝部101A，其设置有狭缝101s；以及圆周部101B，其用于使金属导线在其上下向其他狭缝移动。反复如下工序：金属导线每次通过狭缝时经由绕线管的圆周部101B向不同的狭缝移动，且以与上一通过方向反向的方式通过狭缝。此时，在通过狭缝→圆周部移动→通过狭缝的各循环中，对于金属导线接下来要通过的狭缝，选择应相对于上一通过方向沿反向通过的狭缝中的、使将前后的狭缝彼此相连的绕线管圆周上的路径最短的狭缝。此外，此时的圆周路径可以是顺时针和逆时针中的任一个。另外，在各循环中金属导线通过的圆周上的路径也同样地选择最短路径。多极透镜中的金属导线(线圈)的卷绕方法在以下的变形例中也相同。
(变形例1)
图4是说明变形例1的多极透镜401的结构的剖视图。多极透镜401由绕线管101、六极透镜用金属导线202以及四极透镜用金属导线302构成。相对于同一个绕线管101重叠金属导线202以及金属导线302，如后所述，金属导线202以及金属导线302由各自的控制器控制。此时，金属导线202以及金属导线302相对于绕线管101独立地重叠。
在多极透镜(四极透镜重叠型六极透镜)401中，能够同时且独立地产生四极场和六极场这双方。此外，在图4中示出了使四极透镜用金属导线302在六极透镜用金属导线202的外侧重叠的例子，但重叠的顺序没有限定。在以下的变形例中也同样。
(变形例2)
图5A～C是说明变形例2的多极透镜501a～c的结构的剖视图。多极透镜501a～c分别是在多极透镜201、301、401独立地重叠偏转线圈502。即，多极透镜501a由绕线管101、六极透镜用金属导线202以及偏转线圈502构成。多极透镜501b由绕线管101、四极透镜用金属导线302以及偏转线圈502构成。多极透镜501c由绕线管101、六极透镜用的金属导线202、四极透镜用的金属导线302以及偏转线圈502构成。
变形例2的多极透镜通过使偏转场重叠，能够使多极场的透镜中心假想地偏移。在多极透镜包含组装误差、加工误差的情况下，透镜的中心有可能从光轴偏离，但通过如变形例2那样重叠偏转场，能够应对该问题。
(变形例3)
图6A～C是说明变形例3的多极透镜601a～c的结构的剖视图。多极透镜601a～c分别在构成作为变形例2所示出的多极透镜501a～c的绕线管101的内部设置偏转电极602。此时，以使由偏转电极602产生的静电偏转场与由偏转线圈502产生的电磁偏转场正交的方式配置偏转电极602，从而构成ExB过滤器。另外，为了构成ExB过滤器，以使相对于带电粒子束的静电偏转和电磁偏转的作用成为等量反向的维恩(Wien)条件成立的方式使偏转电极602和偏转线圈502动作。
多极透镜601a作为六极场透镜和ExB过滤器发挥功能，多极透镜601b作为四极场透镜和ExB过滤器发挥功能，多极透镜601c作为六极场透镜、四极场透镜以及ExB过滤器发挥功能。
实施例2
作为实施例2，对搭载作为实施例1所说明的多极透镜的带电粒子束装置进行说明。
(第一例)
第一例是为了修正图像移位偏转时的偏转彗差而搭载了六极透镜的带电粒子束装置。图7A、B的带电粒子束装置均在图像移位用偏转器的上游具备偏转彗差修正用的六极透镜。
由带电粒子源701生成的带电粒子束702穿过六极透镜201(图7A)或偏转线圈重叠型六极透镜501a(图7B)，在被图像移位用偏转器703以及拍摄用偏转器704偏转后，在物镜705被缩小得较细，并射入样品台707上的样品706。通过减速电压源708对样品706施加高分辨率化所需的减速电压。图7B的结构中的偏转线圈重叠型六极透镜501a是相对于六极透镜用金属导线202重叠偏转线圈502的多极透镜(参照图5A)，具有将六极场的透镜中心假想地偏移的功能。
构成六极透镜201或偏转线圈重叠型六极透镜501a的六极透镜用金属导线202与六极透镜用控制器709连接，图像移位用偏转器703与图像移位用偏转器用控制器710连接，构成偏转线圈重叠型六极透镜501a的偏转线圈502与偏转线圈用控制器711连接。
针对由图像移位偏转引起的偏转彗差，由六极透镜生成反向的偏转彗差，使相互的偏转彗差抵消。为了与图像移位偏转联动地进行该工艺，与图像移位用偏转器用控制器710的输出联动地控制六极透镜用控制器709的输出。
若将伴随着图像移位偏转的物镜的偏转彗差系数(物镜像面换算值)设为Cco_IS、将物镜像面的一次光束的开度角设为αi、将图像移位偏转量设为IS＝(ISX+iISY)、将基于多极透镜的偏转彗差系数(物镜物面换算值)设为Cco_ML、将多极透镜的灵敏度设为SML、将多极透镜的使用电流设为IML＝(IMLX+iIMLY)、且将物镜的成像倍率设为M，则该控制条件由(式1)表示。
[式1]
(式1)中，第一项是指图像移位用偏转器产生的偏转彗差，第二项是指多极透镜产生的偏转彗差。在理想的多极透镜中，偶极场为零，但绕线管的狭缝分割数N有限，因此实际上产生微小的偶极场。因此，多极透镜的灵敏度SML不为0，满足(式1)的图像移位偏转量IS与六极透镜电流IML的关系唯一地确定。因此，只要以满足该关系的方式根据决定图像移位偏转量IS的图像移位用偏转器用控制器710的输出来控制决定六极透镜电流IML的六极透镜用控制器709的输出，就能够实现无偏转彗差的宽区域图像移位偏转。
偏转线圈用控制器711用于控制流向偏转线圈的电流，以使六极透镜的透镜场中心与光轴一致。
(第二例)
第二例是为了修正在观察晶圆端部时产生的偏转彗差而搭载有六极透镜的带电粒子束装置。图8A、B的带电粒子束装置均在图像移位用偏转器的上游具备偏转彗差修正用的六极透镜。图8B是使用偏转线圈重叠型六极透镜501a作为六极透镜的例子。
由带电粒子源701生成的带电粒子束702穿过六极透镜201(图8A)或偏转线圈重叠型六极透镜501a(图8B)，在被图像移位用偏转器703以及拍摄用偏转器704偏转后，在物镜705被缩小得较细，并射入被减速电压源708施加了减速电压的样品台707上的样品706。样品台707的工作台的动作和坐标由工作台用控制器801管理。
构成六极透镜201或偏转线圈重叠型六极透镜501a的六极透镜用金属导线202与六极透镜用控制器709连接，构成偏转线圈重叠型六极透镜501a的偏转线圈502与偏转线圈用控制器711连接。
在通过工作台移动将视野移动至半导体晶圆端部的情况下，样品706上的减速电场紊乱，产生偏转场、多极场。针对相伴于此的偏转彗差，由六极透镜生成反向的偏转彗差，使相互的偏转彗差抵消。为了与工作台移动联动地进行该工艺，与工作台用控制器801的输出联动地控制六极透镜用控制器709的输出。
如果将工作台坐标设为P＝(PX+iPY)，将相对于工作台坐标非线性地产生的偏转彗差设为dco_stage(P)，则该控制条件用(式2)表示。
[式2]
(式2)中，第一项是指根据工作台坐标产生的偏转彗差，第二项是指多极透镜产生的偏转彗差。如上所述，绕线管的狭缝分割数N是有限的，因此多极透镜的灵敏度SML不为0，满足(式2)的工作台坐标P与六极透镜电流IML的关系被唯一地确定。因此，只要以满足该关系的方式根据决定工作台坐标P的工作台用控制器801的输出控制决定六极透镜电流IML的六极透镜用控制器709的输出，就能够实现无偏转彗差的晶圆端观察。
(第三例)
第三例是为了同时修正图像移位偏转时的偏转彗差和观察晶圆端部时产生的偏转彗差这双方而搭载了六极透镜的带电粒子束装置。因此，特征在于，具有将第一例的结构(图7A、图7B)和第二例的结构(图8A、图8B)组合而成的结构(图9A、图9B)。
为了同时修正图像移位偏转时的偏转彗差和观察晶圆端部时产生的偏转彗差这双方，只要以使(式3)的关系成立的方式根据决定图像移位偏转量IS的图像移位用偏转器用控制器710的输出和决定工作台坐标P的工作台用控制器801的输出来控制决定六极透镜电流IML的六极透镜用控制器709的输出即可。
[式3]
(第四例)
第四例是为了同时修正图像移位偏转时的偏转彗差和偏转色差这双方而搭载了六极透镜以及ExB过滤器的带电粒子束装置。示出了将ExB过滤器1001和六极透镜201多级配置的结构(图10A)以及使用ExB过滤器搭载型六极透镜601a的结构(图10B)这两种结构。
在图10A的带电粒子束装置中，构成六极透镜201的六极透镜用金属导线202与六极透镜用控制器709连接，图像移位用偏转器703与图像移位用偏转器用控制器710连接，构成ExB过滤器1001的偏转电极1002与偏转电极用控制器1004连接，构成ExB过滤器1001的偏转线圈1003与偏转线圈用控制器1005连接。
在图10B的带电粒子束装置中，构成ExB过滤器搭载型六极透镜601a(参照图6A)的六极透镜用金属导线202与六极透镜用控制器709连接，构成ExB过滤器搭载型六极透镜601a的偏转电极602与偏转电极用控制器1004连接，构成ExB过滤器搭载型六极透镜601a的偏转线圈502与偏转线圈用控制器1005连接，图像移位用偏转器703与控制器710连接。
在此，偏转电极用控制器1004和偏转线圈用控制器1005在维恩条件成立的条件下控制偏转电极602的电压和偏转线圈502的电流。
为了同时修正图像移位偏转时的偏转彗差和偏转色差这两者，以使以下所示的(式4)以及(式5)的关系成立的方式，根据决定图像移位偏转量IS的图像移位用偏转器用控制器710的输出来控制决定六极透镜电流IML的六极透镜用控制器709的输出、决定ExB过滤器的电压VExB的偏转电极用控制器1004的输出以及决定ExB过滤器的电流IExB的偏转线圈用控制器1005的输出。(式4)以及(式5)中，新定义以下的变量。
CCc_IS：伴随着图像移位偏转的物镜的偏转色差系数(物镜像面换算值)
Vacc：一次光束的加速电压
dV：一次光束的能量分散
Cco_E：ExB用偏转电极的偏转彗差系数(物镜物面换算值)
Cco_B：ExB用偏转线圈的偏转彗差系数(物镜物面换算值)
CCc_E：ExB用偏转电极的偏转色差系数(物镜物面换算值)
CCc_B：ExB用偏转线圈的偏转色差系数(物镜物面换算值)
SE：ExB用偏转电极的偏转灵敏度
SB：ExB用偏转线圈的偏转灵敏度
[式4]
[式5]
SEVExB＝SBIExB
(式4)中，左边的第一项和第二项分别是指由图像移位偏转引起的偏转彗差和偏转色差。另外，左边的第三项是指六极透镜引起的偏转彗差，左边的第四项和第五项分别是指ExB过滤器引起的偏转彗差和偏转色差。(式4)的关系成立的情况下，通过六极透镜和ExB过滤器同时修正由图像移位偏转引起的偏转彗差和偏转色差。另外，(式5)是指维恩条件。因此，通过以使(式4)和(式5)同时成立的方式进行控制，能够同时修正由图像移位偏转引起的偏转彗差和偏转色差。
(第五例)
第五例是对第四例的带电粒子束装置进行了功能扩展的例子，使四极透镜相对于六极透镜重叠。通过搭载四极透镜，能够修正由六极透镜或ExB过滤器引起的寄生偏转像散以及由图像移位偏转引起的偏转像散。示出了将ExB过滤器1001和四极透镜重叠型六极透镜401多级配置的结构(图11A)以及使用ExB过滤器·四极透镜重叠型六极透镜601c的结构(图11B)这两种结构。
在图11A记载的带电粒子束装置中，构成四极透镜重叠型六极透镜401(参照图4)的六极透镜用金属导线202与六极透镜用控制器709连接，四极透镜用金属导线302与四极透镜用控制器1101连接，图像移位用偏转器703与图像移位用偏转器用控制器710连接，构成ExB过滤器1001的偏转电极1002与控制器1004连接，偏转线圈1003与偏转线圈用控制器1005连接。
在图11B记载的带电粒子束装置中，构成ExB过滤器·四极透镜重叠型六极透镜601c(参照图6C)的六极透镜用金属导线202与六极透镜用控制器709连接，四极透镜用金属导线302与四极透镜用控制器1101连接，偏转电极602与偏转电极用控制器1004连接，偏转线圈502与偏转线圈用控制器1005连接，图像移位用偏转器703与图像移位用偏转器用控制器710连接。
为了修正由六极透镜或ExB过滤器引起的寄生偏转像散和由图像移位偏转引起的偏转像散，以使表示维恩条件的(式5)以及以下所示的(式6)同时成立的方式，根据决定图像移位偏转量IS的图像移位用偏转器用控制器710的输出，控制决定六极透镜电流IML的六极透镜用控制器709的输出、决定四极透镜电流IML2的四极透镜用控制器1101的输出、决定ExB过滤器的电压VExB的偏转电极用控制器1004的输出以及决定ExB过滤器的电流IExB的偏转线圈用控制器1005的输出。(式6)中，新定义以下的变量。
CAs：寄生偏转像散系数与由图像移位偏转引起的物镜处的偏转像散系数之和(物镜像面换算值)
CAs_ML2：基于四极场生成用多极透镜的偏转像散系数(物镜物面换算值)
SML：四极场生成用多极透镜的灵敏度
[式6]
(式6)中，左边的第一～第五项是指与(式5)的左边相同的内容。左边的第六项是指寄生偏转像散与由图像移位偏转引起的偏转像散之和，左边的第七项是指由四极场生成用多极透镜引起的偏转像散。(式6)成立的情况下，通过六极透镜、ExB过滤器以及四极透镜同时修正由图像移位偏转引起的偏转彗差·色差·像散以及由寄生像差引起的偏转像散。
实施例3
图12A是表示实施例3的多极透镜的匝数分布的表。实施例3的多极透镜切换产生六极场和偶极场。匝数分布的符号表示金属导线通过狭缝的方向。为了实现该功能，如图12A的表所记载的那样，将匝数分布不同的三种金属导线A、B、C重叠卷绕于实施例1所记载的绕线管。图12A是N＝1的例子，但不限于该值。在N大于1的情况下，将绕线管的与狭缝的长度方向正交的截面划分为中心角相等的12个区域，以各个区域所包含的狭缝成为图12A的表所记载的匝数分布的方式将金属导线卷绕于绕线管。即，在沿着绕线管的周向依次定义为第一至第十二区域时，只要将图12A的狭缝编号替换为区域编号即可。
图12B是表示实施例3的多极透镜的控制方法的表。在产生六极场的情况下(六极场产生模式)，对金属导线A施加直流电流+I，对金属导线B以及C分别以相同的电流量施加反方向的直流电流-I。由此，金属导线A、B、C的电流线分布与六极透镜一致。图12C是说明实施例3的多极透镜(六极场产生模式)的匝数分布、以及偶极场和六极场的简易计算结果的表。该表的各列与图2B所示的表的各列相同。匝数n的值通过图12A所示的各金属导线的匝数分布和图12B所示的六极场产生模式下施加于各金属导线的电流而求出。通过仅对匝数分布3的金属导线A施加电流+I，狭缝1的匝数n成为3。通过对匝数分布2的金属导线B和匝数分布1的金属导线C分别施加电流-I，狭缝2的匝数n成为-3。根据图12C的表可知，实施例3的多极透镜不产生偶极场，而产生六极场，即作为六极透镜发挥作用。
与此相对，在产生偶极场的情况下(偶极场产生模式)，如图12B的表所示，对金属导线A和金属导线B施加相同的电流量且相同方向的直流电流+I，对金属导线C不施加电流。由此，金属导线A、B、C的电流线分布与余弦卷绕偏转线圈一致。图12D是说明实施例3的多极透镜(偶极场产生模式)的匝数分布、以及偶极场和六极场的简易计算结果的表。该表的各列也与图2B所示的表的各列相同。根据图12D的表可知，实施例3的多极透镜不产生六极场，而产生偶极场，即作为偶极透镜发挥作用。
通过在构成实施例3的多极透镜的绕线管的内部设置偏转电极，能够在产生偶极场时构成ExB过滤器。通过采用这样的结构，能够通过图12B的表所示的控制的切换来切换偏转色差修正用的ExB过滤器和偏转彗差修正用的六极透镜。
图12E表示搭载本实施例的多极透镜的带电粒子束装置的结构例。由带电粒子源701所生成的带电粒子束702穿过偶极场·六极场切换型多极透镜1201，在通过图像移位用偏转器703以及拍摄用偏转器704被偏转后，在物镜705被缩小得较细，并射入样品台707上的样品706。在偶极场·六极场切换型多极透镜1201的绕线管内部配置有偏转电极602。
构成偶极场·六极场切换型多极透镜1201的金属导线A1202、金属导线B1203、金属导线C1204分别由不同的控制器1205、1206、1207控制。在使偶极场·六极场切换型多极透镜1201以偶极场产生模式动作的情况下，以使与该偶极场的维恩条件成立的方式通过控制器1004控制偏转电极602。
根据图12E所示的带电粒子束装置，通过切换ExB过滤器和六极透镜的功能，能够选择性地实施偏转色差修正和偏转彗差修正。关于图像移位时的偏转像差，在低加速时偏转色差占支配地位，在高加速时偏转彗差占支配地位，因此有时不需要同时修正这两者。由此，能够将实施例3的带电粒子束装置用于根据所使用的加速电压而选择性地修正偏转色差和偏转彗差的用途。
这样的切换ExB过滤器和六极透镜的功能也可以通过将偶极场产生用的线圈和六极透镜独立地重叠来进行，但通过本实施例能够节约总的导线匝数。节约匝数有助于减少伴随线圈的重叠卷绕的组装误差。
本发明并不限定于上述的实施例，包含各种变形例。另外，上述记载的实施例、变形例是为了容易理解地说明本发明而详细说明的例子，并不限定于必须具备所说明的全部结构。另外，也能够将某实施例、变形例的结构的一部分置换为其他实施例、变形例的结构。另外，也可以在某实施例、变形例的结构中添加其他实施例、变形例的结构。另外，关于各实施例、变形例的结构的一部分，也能够对其他结构的追加、删除、置换。
符号说明
101—绕线管，201—六极透镜，202—六极透镜用金属导线，301—四极透镜，302—四极透镜用金属导线，401—四极透镜重叠型六极透镜，501—偏转线圈重叠型多极透镜，502—偏转线圈，601—ExB过滤器搭载型多极透镜，602—偏转电极，701—带电粒子源，702—带电粒子束，703—图像移位用偏转器，704—拍摄用偏转器，705—物镜，706—样品，707—样品台，708—减速电压源，709—六极透镜用控制器，710—图像移位用偏转器用控制器，711—偏转线圈用控制器，801—工作台用控制器，1001—ExB过滤器，1002—偏转电极，1003—偏转线圈，1004—偏转电极用控制器，1005—偏转线圈用控制器，1101—四极透镜用控制器，1201—偶极场·六极场切换型多极透镜，1202—金属导线A，1203—金属导线B，1204—金属导线C，1205—金属导线A用控制器，1206—金属导线B用控制器，1207—金属导线C用控制器。
Claims (17)
1.一种多极透镜，其特征在于，具有：
空芯圆筒状的非磁性体绕线管，其设有多个狭缝；以及
金属导线，
所述非磁性体绕线管具备：设有所述多个狭缝的狭缝部；以及夹着所述狭缝部设置的第一圆周部以及第二圆周部，
设N为自然数，所述多个狭缝以相邻的狭缝间的中心角为(360/12N)°的方式配置，
所述金属导线以反复进行如下工序的方式卷绕于所述非磁性体绕线管：从所述第一圆周部朝向所述第二圆周部通过所述多个狭缝中的某狭缝；沿着所述第二圆周部从所述某狭缝向所述多个狭缝中的其他狭缝移动；从所述第二圆周部朝向所述第一圆周部通过所述其他狭缝；以及沿着所述第一圆周部从所述其他狭缝进一步向所述多个狭缝中的其他狭缝移动，
所述多个狭缝各自中的所述金属导线的匝数相等，
在将所述非磁性体绕线管的与所述狭缝的长度方向正交的截面划分为中心角相等且包含两个以上的所述狭缝的偶数个区域时，所述区域所包含的所述狭缝中所述金属导线通过的方向相同，且与相邻的所述区域所包含的所述狭缝中所述金属导线通过的方向相反。
2.根据权利要求1所述的多极透镜，其特征在于，
所述区域所包含的所述狭缝中的分别最接近与相邻的所述区域的边界的两个狭缝中的所述金属导线间的中心角收敛于60±3°，
设n1为自然数，所述金属导线每一个狭缝卷绕n1圈。
3.根据权利要求1所述的多极透镜，其特征在于，
所述区域所包含的所述狭缝中的分别最接近与相邻的所述区域的边界的两个狭缝中的所述金属导线间的中心角收敛于90±3°，
设n2为自然数，所述金属导线每一个狭缝卷绕n2圈。
4.根据权利要求1所述的多极透镜，其特征在于，
重叠第一金属导线和第二金属导线作为卷绕于所述非磁性体绕线管的所述金属导线，
所述第一金属导线的确定所述狭缝的通过方向的所述区域的中心角和所述第二金属导线的确定所述狭缝的通过方向的所述区域的中心角不同。
5.根据权利要求4所述的多极透镜，其特征在于，
所述第一金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成六个或四个，所述第二金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成两个。
6.根据权利要求4所述的多极透镜，其特征在于，
所述第一金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成六个，所述第二金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成四个。
7.根据权利要求6所述的多极透镜，其特征在于，
还重叠第三金属导线作为卷绕于所述非磁性体绕线管的所述金属导线，
所述第三金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成两个。
8.根据权利要求5所述的多极透镜，其特征在于，
具有配置于所述非磁性体绕线管内的偏转电极。
9.一种带电粒子束装置，其特征在于，包括：
样品台，其搭载样品；
带电粒子束光学系统，其包括使带电粒子束的照射点在所述样品上移动的图像移位用偏转器和权利要求1所述的多极透镜；
图像移位用偏转器用控制器，其控制所述图像移位用偏转器；以及
多极透镜用控制器，其与所述多极透镜的所述金属导线连接，控制所述多极透镜的多极场的产生。
10.根据权利要求9所述的带电粒子束装置，其特征在于，
所述金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成六个，
所述多极透镜用控制器与所述图像移位用偏转器用控制器联动地控制所述多极透镜，以通过所述多极透镜所产生的偏转彗差抵消所述图像移位用偏转器所产生的偏光彗差。
11.根据权利要求9所述的带电粒子束装置，其特征在于，
还具有：
减速电压源，其用于对所述样品施加减速电压；以及
样品台用控制器，其控制所述样品台，
所述金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成六个，
所述多极透镜用控制器基于所述样品台用控制器管理的工作台坐标控制所述多极透镜，以通过所述多极透镜所产生的偏转彗差消除在观察所述样品的端部时所产生的偏光彗差。
12.根据权利要求9所述的带电粒子束装置，其特征在于，
还具有：
偏转线圈用控制器；以及
偏转电极用控制器，
所述带电粒子束光学系统包括具有偏转线圈和偏转电极的ExB过滤器，
所述偏转线圈用控制器控制所述偏转线圈，所述偏转电极用控制器控制所述偏转电极，
所述偏转线圈用控制器以及所述偏转电极用控制器控制ExB过滤器，以满足维恩条件，且通过所述ExB过滤器所产生的偏转色差抵消所述图像移位用偏转器所产生的偏转色差，
所述金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分为六个，
所述多极透镜用控制器与所述图像移位用偏转器用控制器、所述偏转线圈用控制器以及所述偏转电极用控制器联动地控制所述多极透镜，以通过所述多极透镜所产生的偏转彗差抵消所述图像移位用偏转器以及所述ExB过滤器所产生的偏光彗差。
13.根据权利要求9所述的带电粒子束装置，其特征在于，
还具有：
偏转线圈用控制器；以及
偏转电极用控制器，
重叠第一金属导线和第二金属导线作为卷绕于所述非磁性体绕线管的所述金属导线，所述第一金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成六个，所述第二金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成两个，且在所述非磁性体绕线管内配置偏转电极，使所述多极透镜成为ExB过滤器搭载型六极透镜，
所述偏转线圈用控制器与所述第二金属导线连接，控制所述ExB过滤器搭载型六极透镜的偏转场的产生，所述偏转电极用控制器控制所述偏转电极，
所述多极透镜用控制器与所述第一金属导线连接，
所述偏转线圈用控制器以及所述偏转电极用控制器控制所述ExB过滤器，以满足维恩条件，且通过所述ExB过滤器所产生的偏转色差抵消所述图像移位用偏转器所产生的偏转色差，
所述多极透镜用控制器与所述图像移位用偏转器用控制器、所述偏转线圈用控制器以及所述偏转电极用控制器联动地控制六极场的产生，以通过所述ExB过滤器搭载型六极透镜所产生的偏转彗差抵消所述图像移位用偏转器以及所述ExB过滤器所产生的偏光彗差。
14.根据权利要求9所述的带电粒子束装置，其特征在于，
所述金属导线的所述区域的中心角将所述非磁性体绕线管的截面划分成四个，
所述多极透镜用控制器与所述图像移位用偏转器用控制器联动地控制所述多极透镜，以通过所述多极透镜所产生的偏转像散抵消因所述带电粒子束的图像移位偏转而产生的偏转像散。
15.一种多极透镜，其特征在于，具有：
空芯圆筒状的非磁性体绕线管，其设有多个狭缝；以及
金属导线，
所述非磁性体绕线管具备：设有所述多个狭缝的狭缝部；以及夹着所述狭缝部设置的第一圆周部以及第二圆周部，
设N为自然数，所述多个狭缝以相邻的狭缝间的中心角为(360/12N)°的方式配置，
所述金属导线以反复进行如下工序的方式卷绕于所述非磁性体绕线管：从所述第一圆周部朝向所述第二圆周部通过所述多个狭缝中的某狭缝；沿着所述第二圆周部从所述某狭缝向所述多个狭缝中的其他狭缝移动；从所述第二圆周部朝向所述第一圆周部通过所述其他狭缝；以及沿着所述第一圆周部从所述其他狭缝进一步向所述多个狭缝中的其他狭缝移动，
重叠第一金属导线、第二金属导线以及第三金属导线作为卷绕于所述非磁性体绕线管的所述金属导线，
在将所述非磁性体绕线管的与所述狭缝的长度方向正交的截面划分成中心角相等且包含一个以上的所述狭缝的12个区域，沿着所述非磁性体绕线管的周向依次定义为第一区域至第十二区域，将沿着所述狭缝从所述第一圆周部朝向所述第二圆周部的方向定义为第一方向，将沿着所述狭缝从所述第二圆周部朝向所述第一圆周部的方向定义为第二方向，且将所述n3设为自然数时，
所述第一金属导线在所述第一区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕3n3圈，在所述第四区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕3n3圈，在所述第七区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕3n3圈，在所述第十区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕3n3圈，
所述第二金属导线在所述第二区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕2n3圈，在所述第三区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕n3圈，在所述第五区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕2n3圈，在所述第六区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕n3圈，在所述第八区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕2n3圈，在所述第九区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕n3圈，在所述第十一区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕2n3圈，在所述第十二区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕n3圈，
所述第三金属导线在所述第二区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕n3圈，在所述第三区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕2n3圈，在所述第五区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕n3圈，在所述第六区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕2n3圈，在所述第八区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕n3圈，在所述第九区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕2n3圈，在所述第十一区域所包含的所述狭缝中沿所述第一方向卷绕n3圈，在所述第十二区域所包含的所述狭缝中沿所述第二方向卷绕2n3圈。
16.根据权利要求15所述的多极透镜，其特征在于，
具有配置于所述非磁性体绕线管内的偏转电极。
17.一种带电粒子束装置，其特征在于，具有：
样品台，其搭载样品；
带电粒子束光学系统，其包括使带电粒子束的照射点在所述样品上移动的图像移位用偏转器以及权利要求15所述的多极透镜；
图像移位用偏转器用控制器，其控制所述图像移位用偏转器；
第一控制器，其与所述多极透镜的所述第一金属导线连接；
第二控制器，其与所述多极透镜的所述第二金属导线连接；以及
第三控制器，其与所述多极透镜的所述第三金属导线连接，
在使所述多极透镜产生六极场的六极场产生模式下，所述第一控制器对所述第一金属导线施加第一直流电流，所述第二控制器以及所述第三控制器分别对所述第二金属导线以及所述第三金属导线施加与所述第一直流电流相同的电流量且反向的第二直流电流，
在使所述多极透镜产生偶极场的偶极场产生模式下，所述第一控制器以及所述第二控制器分别对所述第一金属导线以及所述第二金属导线施加彼此相同的电流量且同方向的第三直流电流，所述第三控制器对所述第三金属导线不施加直流电流。
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