DE102019202838A1

DE102019202838A1 - Strahlbestrahlungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102019202838A1
Application number: DE102019202838.1A
Authority: DE
Inventors: Akira Ikegami; Yuta Kawamoto; Naomasa Suzuki; Manabu Yano; Yasushi Ebizuka; Naoma Ban
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2018-03-19
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2019-09-19
Anticipated expiration: 2039-03-02
Also published as: TWI723349B; DE102019202838B4; US10832886B2; US20190287754A1; JP2019164886A; TW201939562A; US20210027976A1; US11239042B2

Abstract

Die vorliegende Offenbarung zielt auf das Vorschlagen einer Mehrstrahl-Bestrahlungsvorrichtung ab, die außeraxiale Aberrationen korrigieren kann. Um die obige Aufgabe zu lösen, wird eine Strahlbestrahlungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine Strahlenquelle, die mehrere Strahlen emittiert; eine Objektivlinse (17), die einen Strahl auf einer Probe fokussiert; eine erste Linse (16), die so angeordnet ist, dass eine Linsenhauptfläche an einem Objektpunkt der Objektivlinse positioniert ist, und die mehrere einfallende Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Linsenhauptfläche der Objektivlinse und einer optischen Achse ablenkt; eine zweite Linse (15), die näher bei einer Seite der Strahlenquelle als die erste Linse angeordnet ist und die die mehreren Strahlen auf einer Linsenhauptfläche der erste Linse fokussiert; und eine dritte Linse (14), die näher bei der Seite der Strahlenquelle als die zweite Linse angeordnet ist und die die mehreren Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Linsenhauptfläche der zweiten Linse und der optischen Achse ablenkt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Strahlbestrahlungsvorrichtung und bezieht sich insbesondere auf eine Strahlbestrahlungsvorrichtung, die eine Probe mit mehreren Strahlen bestrahlt.
Technischer Hintergrund
Weil die Strahlen von einer zentralen Achse einer Linse durch eine außeraxiale Position gehen, wird eine außeraxiale Aberration (ein Astigmatismus, eine Feldkrümmung, eine Farbe, eine Koma und eine Verzeichnung) in einem Mehrstrahl-Abtastelektronenmikroskop (SEM) erzeugt, das eine Probe mit mehreren Strahlen bestrahlt. Aufgrund der erzeugten jeweiligen außeraxialen Aberrationen sind die Fleckdurchmesser der jeweiligen Strahlen vergrößert oder sind die aufgenommenen Bilder verzeichnet. Als ein Verfahren zum Unterdrücken einer Zunahme des Fleckdurchmessers aufgrund der außeraxialen Aberration ist es möglich, den Astigmatismus und die Feldkrümmung, die aufgrund mehrerer Strahlen, die außeraxial hindurchgehen, erzeugt werden, durch das Vorhersagen der Verteilung der Feldkrümmungsaberration, die aufgrund der außeraxialen Aberration erzeugt wird, im Voraus und das Bilden einer Form einer Aperturlinsenanordnung zu korrigieren, wie in der Patentliteratur 1 gezeigt ist.
Ferner beschreibt die Patentliteratur 2 eine Technik zum Korrigieren einer Ablenkungsaberration in Verbindung mit einer Bewegung des Sehfeldes (FOV) durch eine Strahlablenkung in einem optischen Einzelstrahlsystem.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentliteratur

PTL 1: Japanisches Patent Nr. 5886663 (entspricht der Veröffentlichung der US-Patentanmeldung US2013/0248731)
PTL 2: Japanisches Patent Nr. 6178699 (entspricht dem US-Patent 9.653.256 )

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Patentliteratur 1 korrigiert eine Astigmatismuskrümmungsaberration durch das Entwickeln einer Form einer Mehrlinsenapertur bezüglich einer außeraxialen Aberration, die in dem Mehrstrahl-SEM erzeugt wird. Wenn jedoch eine optische Bedingung geändert wird oder eine Achseneinstellungsbedingung geändert wird, ist es notwendig, eine Rückkopplung zu der Form der Apertur und eine auf eine Aperturlinse angewendete Anlegungsspannungsbedingung anzuwenden, und ist es notwendig, die optische Bedingung wieder zusammenzusetzen und einzustellen.
Falls andererseits eine Hochgeschwindigkeits-FOV-Bewegung durch das Mehrstrahl-SEM ausgeführt werden kann, können ferner durch eine Kombination aus einer Messung und einer Untersuchung mehrerer Punkte durch mehrere Strahlen und die Hochgeschwindigkeits-MOV-Bewegung eine Hochgeschwindigkeitsmessung und -untersuchung ausgeführt werden. Falls jedoch die zu diesem Zeitpunkt erzeugte Ablenkungsaberration nicht eliminiert werden kann, können die Hochgeschwindigkeitsmessung und -untersuchung nicht verwirklicht werden. Gemäß der in der Patentliteratur 2 offenbarten Technik ist es möglich, die Aberration in einem einzelnen Strahl zu unterdrücken. Es ist jedoch schwierig, die außeraxiale Aberration, die erzeugt wird, wenn mehrere Strahlen außeraxial durch die Linse gehen, nur mit der in der Patentliteratur 2 offenbarten Technik zu korrigieren.
Im Folgenden wird eine Strahlbestrahlungsvorrichtung beschrieben, die darauf abzielt, eine außeraxiale Aberration, die erzeugt wird, wenn Strahlen außeraxial durch eine Linse gehen, wie z. B. eine Strahlablenkung in einer FOV-Bewegung, in einer Mehrstrahl-Strahlbestrahlungsvorrichtung zu korrigieren.
Die Lösung für das Problem
Als ein Aspekt der Erfindung, die darauf abzielt, die obige Aufgabe zu lösen, wird eine Strahlbestrahlungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine Strahlenquelle, die mehrere Strahlen emittiert; eine Objektivlinse, die einen Strahl auf einer Probe fokussiert; eine erste Linse, die so angeordnet ist, dass eine Linsenhauptfläche an einem Objektpunkt der Objektivlinse positioniert ist, und die mehrere einfallende Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Linsenhauptfläche der Objektivlinse und einer optischen Achse ablenkt; eine zweite Linse, die näher bei einer Seite der Strahlenquelle als die erste Linse angeordnet ist und die die mehreren Strahlen auf einer Linsenhauptfläche der ersten Linse fokussiert; und eine dritte Linse, die näher bei der Seite der Strahlenquelle als die zweite Linse angeordnet ist und die die mehreren Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Linsenhauptfläche der zweiten Linse und der optischen Achse ablenkt, enthält.
Die vorteilhafte Wirkung
Gemäß der obigen Konfiguration ist es möglich, eine außeraxiale Aberration durch die Mehrstrahl-Strahlbestrahlungsvorrichtung zu korrigieren.
Figurenliste

1 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Mehrstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (eine erste Ausführungsform) veranschaulicht.
2 ist eine erklärende graphische Darstellung der Trajektorien der aufgeteilten Primärelektronen (die erste Ausführungsform).
3 ist eine erklärende graphische Darstellung einer Trajektorie eines Primärelektrons mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (die erste Ausführungsform).
4 ist eine erklärende graphische Darstellung einer zentralen Trajektorie der aufgeteilten Primärelektronen (die erste Ausführungsform).
5 ist eine erklärende graphische Darstellung einer Ablenkungstrajektorie, wenn ein Sehfeld (FOV) durch die Ablenkung bewegt wird, (die erste Ausführungsform).
6 ist eine erklärende graphische Darstellung einer Farbdispersionstrajektorie, die durch die Ablenkung erzeugt wird, (die erste Ausführungsform).
7 ist eine graphische Darstellung, die eine Trajektorie veranschaulicht, die durch das Addieren der zentralen Trajektorie der aufgeteilten Primärelektronen und der Ablenkungstrajektorie erhalten wird, (die erste Ausführungsform).
8 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Mehrstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (eine zweite Ausführungsform) veranschaulicht.
9 ist eine graphische Darstellung, die ein Wien-Filter zum Erzeugen einer Aberration veranschaulicht.
10 ist eine Querschnittsansicht des Wien-Filters zum Erzeugen einer Aberration.
11 ist eine erklärende graphische Darstellung der Trajektorien der aufgeteilten Primärelektronen (eine zweite Ausführungsform).
12 ist eine erklärende graphische Darstellung einer Trajektorie eines Primärelektrons mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (die zweite Ausführungsform).
13 ist eine erklärende graphische Darstellung einer zentralen Trajektorie der aufgeteilten Primärelektronen (die zweite Ausführungsform).
14 ist eine erklärende graphische Darstellung einer Ablenkungstrajektorie, wenn ein FOV durch die Ablenkung bewegt wird, (die zweite Ausführungsform).
15 ist eine erklärende graphische Darstellung einer Farbdispersionstrajektorie, die durch die Ablenkung erzeugt wird, (die zweite Ausführungsform).
16 ist eine graphische Darstellung, die eine Trajektorie veranschaulicht, die durch das Addieren der zentralen Trajektorie der aufgeteilten Primärelektronen und der Ablenkungstrajektorie erhalten wird, (die zweite Ausführungsform).
17 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Mehrstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (eine dritte Ausführungsform) veranschaulicht.
18 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Mehrstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (eine vierte Ausführungsform) veranschaulicht.
19 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Mehrstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (eine fünfte Ausführungsform und eine sechste Ausführungsform) veranschaulicht.
20 ist eine graphische Darstellung, die ein Beispiel einer Mehrstrahl-Bestrahlungsvorrichtung (eine siebente Ausführungsform) veranschaulicht.
21 ist eine erklärende Strukturansicht einer Aperturlinsenanordnung.

Beschreibung der Ausführungsformen
Für die Messung und die Untersuchung eines feinen Halbleitervorrichtungsmusters gibt es eine Vorrichtung für Strahlen geladener Teilchen, wie z. B. ein Abtastelektronenmikroskop. Das Abtastelektronenmikroskop ist eine Vorrichtung zum Ausführen der Messung und der Untersuchung unter Verwendung eines Bildes, das durch das Abtasten eines fokussierten Elektronenstrahls auf einer Probe erhalten wird. Bei der Komplexität und Miniaturisierung der neuesten Halbleitervorrichtungen sind die Anforderungen an weitere Messungen und Untersuchungen in einem kurzen Zeitraum verstärkt worden.
Um die Geschwindigkeit der Messung und der Untersuchung zu verbessern, ist es effektiv, einen Abbildungszeitraum und einen Bewegungszeitraum eines Untersuchungs-Sehfeldes (Untersuchungs-FOV) zu verkürzen. Um den Abbildungszeitraum zu verkürzen, ist es möglich, ein SEM-Bild mit einem hohen S/N mit einem kurzen Abbildungszeitraum durch das Vergrößern eines Sondenstroms aufzunehmen. Wenn der Abbildungszeitraum durch das obige Verfahren verkürzt wird, wird eine Strahlverweilzeit pro Bildpunkt zum Zeitpunkt des Aufnehmens des SEM-Bildes kurz. Wenn die Strahlverweilzeit kürzer als eine Reaktionszeit eines Detektors wird, sind die Informationen, wenn ein vorhergehender Bildpunkt mit den Elektronen bestrahlt wird, in einem nächsten Bildpunkt gleichzeitig vorhanden.
Wie oben beschrieben worden ist, gibt es eine Grenze an die Reaktionszeit des Detektors, selbst wenn der Sondenstrom erhöht wird, wobei es eine Grenze an das Verkürzen des Abbildungszeitraums gibt. Als ein Verfahren zum Überwinden der Grenze ist es vorstellbar, ein Mehrstrahl-SEM anzuwenden, das eine Probe gleichzeitig mit mehreren Strahlen bestrahlt, die durch die Bestrahlung mit einem jeweiligen Strahl erzeugten Signalelektronen unterscheidet und die Signalelektronen durch mehrere Detektoren gleichzeitig detektiert.
Weil die gleichzeitige Beobachtung unter Verwendung der mehreren Strahlen in dem Mehrstrahl-SEM möglich ist, kann eine Verbesserung der Geschwindigkeit der Messung und der Untersuchung erwartet werden. Um jedoch durch das Ablenken der Strahlen durch Ablenkelemente weiter zu beschleunigen, ist es erwünscht, eine FOV-Bewegung gemeinsam zu verwenden, die keine Tischbewegung erfordert. Es können jedoch keine Messung und Untersuchung mit hoher Genauigkeit erwartet werden, wenn es nicht möglich ist, eine außeraxiale Aberration zu unterdrücken, die erzeugt wird, wenn die mehreren Strahlen außeraxial durch eine Linse gehen.
Bezüglich einer außeraxialen chromatischen Aberration, einer außeraxialen Komaaberration und einer außeraxialen Verzeichnungsaberration ist eine Objektivlinse nicht länger fokussiert und ist eine Auflösung relativ verringert, weil eine zu einer Objektivlinse äquivalente Linse angeordnet ist, obwohl ein Korrekturverfahren unter Verwendung einer doppelten Linse vorstellbar ist.
In den folgenden Ausführungsformen wird eine Strahlbestrahlungsvorrichtung, die eine Korrektur der außeraxialen Aberration ausführt, die während der Strahlablenkung der FOV-Bewegung in einer Mehrstrahl-Strahlbestrahlungsvorrichtung erzeugt wird, beschrieben.
In den folgenden Ausführungsformen wird eine Strahlbestrahlungsvorrichtung, die ein optisches Mehrstrahlsystem enthält, das eine Probe mit zwei oder mehr Strahlen bestrahlt, beschrieben. Es wird z. B. eine Strahlbestrahlungsvorrichtung vorgeschlagen, die eine Elektronenquelle, die mehrere Strahlen emittiert; eine Objektivlinse, die die Strahlen auf der Probe fokussiert; eine erste Linse, die so angeordnet ist, dass eine Linsenhauptfläche der ersten Linse in einem Objektpunkt der Objektivlinse positioniert ist, und die mehrere einfallende Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Linsenhauptfläche der Objektivlinse und einer optischen Achse ablenkt; eine zweite Linse, die näher bei einer Seite der Elektronenquelle als die erste Linse angeordnet ist und die die mehreren Strahlen auf der Linsenhauptfläche der ersten Linse fokussiert; und eine dritte Linse, die näher bei der Seite der Elektronenquelle als die zweite Linse angeordnet ist und die die mehreren Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Linsenhauptfläche der zweiten Linse und der optischen Achse ablenkt, enthält.
Gemäß der obigen Konfiguration macht es das Vorsehen einer Ablenkungsaberrations-Korrektureinheit möglich, eine Mehrstrahlvorrichtung zu schaffen. Weil es möglich wird, das FOV durch die Strahlablenkung unter Verwendung der Ablenkungsaberrations-Korrektureinheit nach dem Aufteilen des FOV mit den mehreren Strahlen und dem Abbilden mit einer hohen Geschwindigkeit elektrisch zu bewegen, können im Ergebnis eine Messung und eine Untersuchung mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genauigkeit verwirklicht werden.
[Die erste Ausführungsform]
1 ist eine graphische Darstellung, die einen Umriss des Mehrstrahl-SEM veranschaulicht. Die von einer Elektronenquelle 1 (einem Chip) emittierten Primärelektronen 2 werden durch eine Linsenwirkung einer ersten Kondensorlinse 11 in einem P1 konvergiert. Danach gehen die Elektronen durch eine Blende 18 hindurch, wobei die im P1 konvergierten Primärelektronen 2 durch eine Linsenwirkung einer zweiten Kondensorlinse 12 in parallele Strahlen geändert werden. Die parallelen Primärelektronen 2 werden durch eine Aperturlinsenanordnung 13 aufgeteilt. Weil die durch die Aperturlinse 13 aufgeteilten Primärelektronen die Probe als die mehreren Strahlen erreichen, wird ein optisches Element von der Elektronenquelle 1 bis zu der Aperturlinsenanordnung 13 eine Strahlenquelle, die mehrere Strahlen emittiert.
Die aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b werden einer Linsenwirkung der Aperturlinsenanordnung 13 und einer Linsenwirkung einer Fokussierungslinse 14 der aufgeteilten Strahlen unterworfen, wobei die aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b jeweils im P2 fokussiert werden.
Die fokussierten Primärelektronen rasen in eine Ablenkungsaberrations-Korrektureinheit 101, die die Ablenkelemente 21, 22 und 23, eine Aberrationserzeugungslinse 15 und eine Farbdispersionstrajektorie-Fokussierungslinse 16 enthält. Ferner wird eine zentrale Trajektorie jedes der aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b durch die Linsenwirkung der Fokussierungslinse 14 der aufgeteilten Strahlen auf einer Linsenhauptfläche der Aberrationserzeugungslinse 15 in der Ablenkungsaberrations-Korrektureinheit 101 fokussiert.
Nachdem die Strahlen aufgeteilt worden sind, erscheinen ferner die im P2 fokussierten Trajektorien so, dass sie von dem P2 bei unterschiedlichen Neigungswinkeln emittiert worden sind. Die Trajektorien werden danach als Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln bezeichnet. Die Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln werden in einem Kreuzungs-P3 fokussiert, der auf einer Linsenhauptfläche der Farbdispersions-Fokussierungslinse 16 in der Ablenkungsaberrations-Korrektureinheit 101 ausgebildet ist. Nach dem Hindurchgehen durch die Ablenkungsaberrations-Korrektureinheit 101 kreuzen die zentralen Trajektorien der aufgeteilten Strahlen 3a, 3b eine optische Achse in der Nähe einer Hauptfläche einer Objektivlinse 17, wobei sie an unterschiedlichen Punkten a, b eines Wafers 31 ankommen. In diesem Fall werden die im P3 fokussierten Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln auf der Probe erneut fokussiert, um kleine Flecke in einer Größenordnung von Nanometern zu bilden.
Das in 1 veranschaulichte Abtastelektronenmikroskop ist mit mehreren Detektoren, die jedem Strahl entsprechen, einem Abtastablenkelement zum eindimensionalen oder zweidimensionalen Abtasten jedes Strahls auf der Probe und einer Arithmetikeinheit, die basierend auf einer Ausgabe jedes Detektors ein Bild und ein Signalprofil erzeugt, versehen, obwohl dies nicht veranschaulicht ist. Ferner ist eine Steuervorrichtung zum Einstellen einer Linsenbedingung und einer Ablenkelementbedingung, wie später beschrieben wird, vorgesehen. Ferner können durch das Vorsehen mehrerer Elektronenquellen 1 die mehreren Strahlen emittiert werden. Die Strahlenquelle, die die mehreren Strahlen emittiert, ist nicht auf die in 1 veranschaulichte Konfiguration eingeschränkt, wobei verschiedene Formen angewendet werden können.
Das optische System kann gleichzeitig eine außeraxiale Aberration, die aufgrund der durch die Mehrlinsenanordnung 13 aufgeteilten Primärelektronen, die außeraxial durch die Linse gehen, erzeugt wird, und eine Ablenkungsaberration, die erzeugt wird, wenn das FOV durch die Strahlablenkung bewegt wird, korrigieren.
Als Nächstes wird ein Grund, aus dem die außeraxiale Aberration und die Ablenkungsaberration durch das optische System, wie es in 1 veranschaulicht ist, korrigiert werden können, bezüglich 2 und dergleichen beschrieben. Um die Beschreibung zu erleichtern, wird eine Symmetrieebene Zm definiert, wie in 2 veranschaulicht ist. In einem Fall, in dem die Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln bezüglich der Symmetrieebene Zm symmetrisch (antisymmetrisch) sind, kann die außeraxiale Aberration oder die Ablenkungsaberration korrigiert werden, indem eine außeraxiale Trajektorie oder eine Ablenkungstrajektorie antisymmetrisch (symmetrisch) gemacht wird.
Es wird angegeben, dass „symmetrisch“ außerdem z. B. als eine Spiegelsymmetrie mit einer Symmetrieebene Zm2 als eine Spiegelfläche dargestellt werden kann und „antisymmetrisch“ außerdem z. B. als eine Punktsymmetrie mit einem Schnittpunkt der Symmetrieebene Zm2 und den Strahlen als einen Symmetriepunkt dargestellt werden kann.
Das optische System gemäß der vorliegenden Ausführungsform führt die Aberrationskorrektur durch das Erfüllen der oben beschriebenen Bedingungen aus. Die 2 bis 7 sind graphische Darstellungen, die ein Prinzip der Aberrationskorrektur veranschaulichen. 3 ist eine graphische Darstellung, die die Trajektorie mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (die Trajektorie der Strahlen, wenn nur ein Fokussierungszustand (Öffnungswinkel) der Strahlen extrahiert wird) nach dem Hindurchgehen durch die Aperturlinsenanordnung 13 veranschaulicht 4 ist eine graphische Darstellung, die die zentrale Trajektorie der durch die Aperturlinsenanordnung 13 aufgeteilten Primärelektronen veranschaulicht. 2 ist eine graphische Darstellung, die die Trajektorien der Strahlen mit einem Öffnungswinkel, wie in 3 veranschaulicht ist, nach dem Hindurchgehen durch die Trajektorie nach 4 veranschaulicht.
Nach dem Hindurchgehen durch die Aperturlinsenanordnung 13 werden die Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (3) durch die Linse 14 im P2 fokussiert. Danach gehen die Strahlen durch die Linsen 15, 17 und werden auf der Hauptfläche P3 der Linse 16 und dem Wafer 31 fokussiert. Hier sind die Hauptflächen der Linsen 15, 16 und 17 als die Symmetrieebenen Zm1, Zm2 und Zm3 definiert.
Hier sind in den Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (3) die Trajektorien vor und nach dem Hindurchgehen durch die Symmetrieebenen symmetrisch, wenn Zm1 und Zm3 die Symmetrieebenen sind; wobei, wenn Zm2 die Symmetrieebene ist, eine Anordnungsbedingung und eine Fokussierungsbedingung der Linse so bestimmt sind, dass die Trajektorien vor und nach dem Hindurchgehen durch die Symmetrieebene antisymmetrisch sind.
Andererseits wird nach dem Hindurchgehen durch die Aperturlinsenanordnung 13 die zentrale Trajektorie der aufgeteilten Strahlen (4) durch die Linse 14 auf der Hauptfläche der Linse 15 (der Symmetrieebene Zm1) fokussiert (zu einem Schnittpunkt der Hauptfläche der Linse 15 und einer idealen optischen Achse abgelenkt). Danach geht die zentrale Trajektorie durch die Linse 16 hindurch, wobei sie durch eine Ablenkungswirkung der Linse 16 auf der Hauptfläche (der Symmetrieebene Zm3) der Objektivlinse 17 erneut fokussiert wird und an einem außeraxialen Punkt a auf dem Wafer ankommt. Die zentrale Trajektorie der aufgeteilten Strahlen ist bezüglich der Symmetrieebenen Zm1 und Zm3 symmetrisch angeordnet und bezüglich der Symmetrieebene Zm2 antisymmetrisch angeordnet.
Bezüglich jeder Symmetrieebene (Zm1, Zm2 und Zm3), wie oben beschrieben worden ist, wird eine Beziehung der Symmetrie und der Antisymmetrie der Trajektorie mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (der Trajektorie, die die Öffnungswinkel der Strahlen veranschaulicht, 3) und der zentralen Trajektorie der Strahlen (4) umgekehrt. Im Ergebnis wird die zwischen den Linsen 15, 17 erzeugte außeraxiale Aberration durch die Symmetrie der obenerwähnten Trajektorie korrigiert, so dass sie null ist. Obwohl die durch die Linse 14 in dem in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichten optischen System erzeugte außeraxiale chromatische Aberration nicht korrigiert werden kann, kann sie durch das Vergrößern eines Verkleinerungsverhältnisses der Objektivlinse verringert werden. Falls ferner die Trajektorie nach dem P2 feineingestellt wird, ist es möglich die in der Linse 14 erzeugte außeraxiale chromatische Aberration schließlich aufzuheben.
Um in der vorliegenden Ausführungsform die Strahlbedingung zu ermöglichen, wie oben beschrieben worden ist, werden die mehreren Strahlen zu dem Schnittpunkt der Linsenhauptfläche (Zm1) der Linse 15 (der Aberrationserzeugungslinse; der zweiten Linse) und der idealen Achse (dem Linsenmittelpunkt) unter Verwendung der Linse 14 (der Strahlfokussierungslinse: der dritten Linse) abgelenkt und auf der Linsenhauptfläche (P2) der Linse 16 (der Farbdispersionstrajektorie-Fokussierungslinse: der ersten Linse) fokussiert. Die Aberrationserzeugungslinse 15 fokussiert die Strahlen auf der Linsenhauptfläche (Zm2) der Linse 16, wobei die Linse 16 die Strahlen zum Schnittpunkt der Hauptfläche der Objektivlinse 17 und der idealen Achse ablenkt. Ferner sind in dem optischen System der vorliegenden Ausführungsform die Linse 15 und die Objektivlinse 17 an symmetrischen Positionen angeordnet, in denen die Zm2 die Symmetrieebene in der Richtung der optischen Achse ist, wobei ein Objektpunkt der Objektivlinse 17 und eine Position der Linsenhauptfläche der Linse 16 so angeordnet sind, dass sie miteinander übereinstimmen.
5 veranschaulicht eine Ablenkungstrajektorie, wenn das FOV unter Verwendung von Ablenkelemente bewegt wird. Durch das Hinzufügen der Trajektorie (5) zu der in 2 veranschaulichten Trajektorie kann die Trajektorie (die paraxiale Trajektorie) dargestellt werden, wenn das FOV durch das Ablenken der aufgeteilten Primärelektronen bewegt wird. Während die Strahlbedingung aufrechterhalten wird, wie in 2 veranschaulicht ist, wird es dann durch das Ausführen der FOV-Bewegung (das Zuführen eines FOV-Bewegungsbetrags, eines Stroms, der einer FOV-Bewegungsrichtung entspricht, oder einer Spannung zu den Ablenkelemente für die FOV-Bewegung) möglich, die FOV-Bewegung auszuführen, während die außeraxiale Aberration in der Mehrstrahlvorrichtung korrigiert wird.
5 ist eine graphische Darstellung, die die Trajektorie der Strahlen veranschaulicht, wenn angenommen wird, dass die optische Achse mit den Strahlen bestrahlt wird. Die Primärelektronen zum Zeitpunkt der FOV-Bewegung gehen durch die Ablenkelemente 21, 22 außeraxial durch die Linse 15 und kommen an einem Brennpunkt P4 der Linse 15 an. Die Primärelektronen werden durch das an der Brennpunktposition P4 vorgesehene Ablenkelement 23 auf die optische Achse zurückgeschwenkt und gehen durch die Linse 16. Hier ist die Hauptfläche der Linse 16 als eine Symmetrieebene Zm2 definiert. Die durch die Linse 16 gehenden Strahlen werden durch das an einer vorderen Brennpunktposition P5 der Linse 17 vorgesehenen Ablenkelement 25 von außerhalb der Achse zurückgeschwenkt. Danach werden die Strahlen einer Linsenwirkung der Objektivlinse 17 unterworfen, wobei sie vertikal auf den Wafer 31 einfallen.
6 veranschaulicht eine Trajektorie der chromatischen Dispersion, die erzeugt wird, wenn die Ablenkungstrajektorie außeraxial durch die Linse 15 geht. Weil die Trajektorie durch das Ablenkelement außeraxial durch die Linse 15 geht, wird eine chromatische Dispersion erzeugt, wobei die Trajektorie außeraxial ist. Danach wird die Trajektorie durch die Linsenwirkung der Linse 16 zurückgeschwenkt. Wenn die Ablenkungstrajektorie durch die Objektivlinse 17 geht, geht die Ablenkungstrajektorie in einer außeraxialen Weise durch die Objektivlinse. Zu diesem Zeitpunkt gleichen sich die durch die Objektivlinse 17 erzeugte chromatische Dispersion und die durch die Linse 15 erzeugte chromatische Dispersion einander aus, wobei die Trajektorie am Wafer 31 ankommt.
Die paraxiale Trajektorie in dem optischen System ist durch eine Summe der Trajektorie mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln (3), der zentralen Trajektorie der aufgeteilten Strahlen (4) und der Ablenkungstrajektorie (5) dargestellt.
Als ein Beispiel veranschaulicht 7 eine Summe aus der zentralen Trajektorie der aufgeteilten Strahlen und der Ablenkungstrajektorie. Eine Strahltrajektorie 501 in 7 veranschaulicht einen Weg, der durch eine Öffnung auf einer rechten Seite der Zeichnung (eine Öffnung der Aperturlinse 13) geht und an dem Punkt a des Wafers 31 ankommt, während eine Strahltrajektorie 502 einen Weg veranschaulicht, der durch eine Öffnung auf einer linken Seite der Zeichnung geht und an dem Punkt b des Wafers 31 ankommt. Beide Strahltrajektorien 501, 502 werden abgelenkt, wie in 5 gezeigt ist, so dass beide Punkte a, b im Vergleich zu einem Fall, in dem die Strahlen nicht der Ablenkung unterworfen sind, zur rechten Seite der Zeichnung verschoben werden. Hier sind die Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln bezüglich der Symmetrieebene Zm2 antisymmetrisch, wobei die zentrale Trajektorie der aufgeteilten Strahlen (4) und die Ablenkungstrajektorie (5) bezüglich der Zm2 symmetrisch sind.
Aus der obigen Symmetrie sind der Betrag der Ablenkung unterster Ordnung/die außeraxiale Aberration (die chromatische Ablenkungsaberration, die Komaablenkungsaberration, die außeraxiale chromatische Aberration und die außeraxiale Komaaberration), die zwischen dem P2 und der Zm2 erzeugt wird, und der gleichen Aberration, die zwischen der Zm2 und dem Wafer 31 erzeugt wird, gleich, während ihre Vorzeichen unterschiedlich sind, wobei die gleiche Aberration gleichzeitig korrigiert wird. Die Trajektorie der chromatischen Dispersion (6), die durch die Strahlablenkung erzeugt wird, ist außerdem bezüglich der Zm symmetrisch. Im Ergebnis ist es möglich, eine kombinierte Aberration (eine chromatische Aberration hoher Ordnung) der gleichen Trajektorien der chromatischen Aberration und jedes Linsenfeldes gleichzeitig zu korrigieren. Unter Verwendung der in der vorliegenden Ausführungsform veranschaulichten Konfiguration ist es möglich, das optische System zu verwirklichen, das die Auflösung aufgrund der außeraxialen Aberration und der Ablenkungsaberration nicht verschlechtert, selbst wenn die mehreren Strahlen gleichzeitig abgelenkt werden.
[Die zweite Ausführungsform]
Es wird ein Fall, in dem anstelle der Linse 15 (der Aberrationserzeugungslinse), die in 1 veranschaulicht ist, ein Wien-Filter 30 zum Erzeugen einer Aberration verwendet wird, beschrieben. 8 ist eine erklärende graphische Darstellung, die das optische System gemäß der vorliegenden Ausführungsform veranschaulicht. Eine Form des Wien-Filters 30 ist in 9 veranschaulicht.
9 ist eine schematische graphische Darstellung des Wien-Filters, das in einem Abschnitt senkrecht zu einer optischen Achse 201 entworfen ist Wie in 9 veranschaulicht ist, ist das Wien-Filter 30 aus vier elektromagnetischen Polen 51, 52, 53 und 54 ausgebildet. Eine Spule ist um jeden elektromagnetischen Pol gewickelt, wobei es durch das Anlegen einer Spannung und eines Stroms an eine Elektrode und die Spule jedes elektromagnetischen Pols möglich ist, die elektrostatischen Felder E1, E2 und die statischen Magnetfelder B1, B2 zu erzeugen. Hier ist E1 (B1) ein elektrisches (magnetisches) Dipolfeld, während E2 (B2) ein elektrisches (magnetisches) Quadrupolfeld ist. Während des Betriebs des Wien-Filters wird ein Feld erzeugt, so dass E1, B1 in einer Ebene senkrecht zur optischen Achse orthogonal sind.
Die vorliegende Ausführungsform veranschaulicht einen Fall, in dem das elektrische Feld E1 in einer Richtung der X-Achse gemessen wird, während das Magnetfeld B1 in einer Richtung der Y-Achse gemessen wird. 10 ist eine graphische Darstellung eines Zustands, in dem ein Primärelektron 301 durch die erzeugten elektromagnetischen Felder (E1, B1) hindurchgeht, wenn es aus einer zu der optischen Achse des Strahls orthogonalen Richtung betrachtet wird. Eine Geschwindigkeit der Primärelektronen 301 ist als V festgelegt. Eine Bedingung, unter der die aufgeteilten Primärelektronen 301 gerade durch das Wien-Filter hindurchgehen, ist durch die Gleichung 1 gegeben.
[Gleichung 1] $v = E_{1} (z) {/B}_{1} (z)$
Wenn die Energie der Primärelektronen 301 gering ist (v < E1/B1), werden hier die Primärelektronen 301 aufgrund einer empfangenen Ablenkungswirkung zu einer Richtung des elektrischen Feldes E1 gebeugt, während sie in einer entgegengesetzten Richtung gebeugt werden, wenn die Energie der Primärelektronen 301 hoch ist (v > E1/B1).
Im Ergebnis wird in dem Wien-Filter eine Dispersion erzeugt. Ferner wird gleichzeitig eine Linsenwirkung in dem elektrischen Feld (der X-Achse) erzeugt. Durch die in der Richtung der X-Achse erzeugte Linsenwirkung wird eine sich in der Richtung des elektrischen Feldes (der X-Achse) ausbreitende Komponente einer Fokussierungswirkung unterworfen, während eine sich in der Richtung des Magnetfeldes (der Y-Achse) ausbreitende Komponente gerade läuft. Im Ergebnis können sich ein Brennpunkt in der Richtung der X-Achse und ein Brennpunkt in der Richtung der Y-Achse an unterschiedlichen Positionen befinden. Ein so erzeugter Unterschied zwischen dem Brennpunkt in der X-Richtung und dem Brennpunkt in der Y-Richtung kann durch das Überlagern des Quadrupolfeldes korrigiert werden. Das Wien-Filter ist außerdem eine Art einer Linse, wobei eine gegebene Intensität des Quadrupolfeldes, um eine durch die Linsenwirkung erzeugte Abweichung zwischen dem Brennpunkt in der X-Richtung und dem Brennpunkt in der Y-Richtung zu korrigieren, durch die Gleichung 2 dargestellt ist.
[Gleichung 2] $\frac{E_{2} (z)}{E_{1} (z)} - \frac{B_{2} (z)}{B_{1} (z)} = - \frac{e B_{1}^{2}}{2 m E_{1}}$
Hier ist e eine Elementarladung, während m die Elektronenmasse ist. Es wird eine Bedingung betrachtet, um die durch das Hinzufügen des durch die Gleichung 2 gegebenen Quadrupolfeldes erzeugte chromatische Aberration zu null zu machen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die aufgrund der Ablenkung zum Zeitpunkt der FOV-Bewegung erzeugte chromatische Ablenkungsaberration unter Verwendung der durch das Wien-Filter 30 erzeugten chromatischen Dispersion korrigiert. Um die Dispersion nur durch das Wien-Filter 30 zu erzeugen, ist es erforderlich, die von dem durch die Gleichung 2 gegebenen elektromagnetischen Quadrupolfeld erzeugte chromatische Aberration zu null zu machen. Eine Bedingung, dass die von dem elektromagnetischen Quadrupolfeld erzeugte chromatische Aberration null wird, ist in der Gleichung 3 veranschaulicht.
[Gleichung 3] $\frac{E_{2} (z)}{ϕ_{0}} = \sqrt{\frac{e}{2 m ϕ_{0}} B_{2} (z)}$
Φ₀ ist eine Beschleunigungsspannung der Strahlen. Die Gleichung 1 ist die Bedingung, dass die Primärelektronen 301 mit einer spezifischen Geschwindigkeit gerade in das Wien-Filter gehen; die Gleichung 2 ist die Bedingung der zum Korrigieren der Abweichung zwischen dem Brennpunkt in der X-Richtung und dem Brennpunkt in der Y-Richtung, die durch das Hinzufügen der Dipolfelder C1, B1 zu dem Wien-Filter erzeugt wird, angelegten Intensität der Quadrupolfelder (E2, B2); und die Gleichung 3 ist ein Relationsausdruck zwischen dem elektrischen Quadrupolfeld E2 und dem magnetischen Quadrupolfeld B2, um die chromatische Aberration, die erzeugt wird, wenn das Quadrupolfeld hinzugefügt wird, zu null zu machen.
Das in dem Wien-Filter 30 in der Aberrationskorrektureinheit 101 überlagerte elektromagnetische Feld ist eingestellt, um die Gleichungen 1, 2 und 3 zu erfüllen, so dass die Strahlen sowohl in der X-Richtung als auch in der Y-Richtung in dem Punkt P3 fokussiert sind.
Die 11 bis 16 veranschaulichen Strahldiagramme, wenn gemäß den obigen Betriebsbedingungen gearbeitet wird. In diesen Zeichnungen ist die Aberrationserzeugungslinse 15 in den 2 bis 7 durch das Wien-Filter 30 ersetzt. Wie aus dem Vergleichen der 5 mit 14 klar ist, verschwindet durch das Ersetzen der rotationssymmetrischen Linse 15 durch das Wien-Filter eine Entfernung von der Achse der Ablenkungstrajektorie an einer Hauptflächenposition der Linse 15. In dem in 5 veranschaulichten optischen System ist die Trajektorie der Strahlen zwischen den Linsen 15, 17 mit der Zm2 als die Symmetrieebene spiegelsymmetrisch gemacht, so dass die in den beiden Linsen erzeugten chromatischen Dispersionen einander ausgleichen; wohingegen das Wien-Filter eine chromatische Dispersion erzeugen kann, die die durch die Linse 17 in den durch die optische Achse hindurchgehenden Strahlen erzeugte chromatische Dispersion ausgleicht.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln, die in den P2 bis P3 fokussiert sind, durch die Linsenwirkung, die durch das Erfüllen der Fokussierungsbedingung (der Gleichung 2) erzeugt wird, in zwei Richtungen des Wien-Filters zu fokussieren.
[Die dritte Ausführungsform]
Wie in 17 veranschaulicht ist, kann eine rotationssymmetrische Linse 18 entweder auf der Seite der Elektronenquelle oder der Probenseite des Wien-Filters 30 in 8 hinzugefügt werden. Durch das Anwenden einer derartigen Linse ist es möglich, die Fokussierungswirkung des Wien-Filters zu unterstützen. Weil die Linse zum Unterstützen der Fokussierungswirkung des Wien-Filters ist, ist die Linse in Verbindung mit dem Wien-Filter gesteuert.
[Die vierte Ausführungsform]
Wie in den 6 und 15 veranschaulicht ist, kann in den obigen Ausführungsformen anstelle der Unterdrückungslinse 16 der chromatischen Aberration hoher Ordnung ein elektromagnetischer Dipol 41 oder ein elektromagnetischer Quadrupol 42 außerdem angewendet werden, obwohl eine Unterdrückungslinse 16 der chromatischen Aberration hoher Ordnung zum Fokussieren der durch die Aberrationserzeugungslinse 15 oder das Wien-Filter 30 erzeugten Trajektorie der chromatischen Dispersion auf der Hauptfläche der Objektivlinse 17 angewendet wird, wie in 18 veranschaulicht ist. (Siehe z. B. US-Patent 9.704.687 f ür den elektromagnetischen Dipol und den elektromagnetischen Quadrupol.)
[Die fünfte Ausführungsform]
Wenn ein Strahl abgelenkt wird, um das FOV zu bewegen, gehen die Strahlen außeraxial durch die Objektivlinse 17. Zu diesem Zeitpunkt werden ein Astigmatismus und eine Feldkrümmungsaberration erzeugt. Die Feldkrümmung kann durch das Ändern einer Linsenstärke der Objektivlinse 17 korrigiert werden; um jedoch den Astigmatismus zu korrigieren, ist es erwünscht, ein optisches Element (eine Stigma-Spule), die ein Quadrupolfeld erzeugt, an einer Position, wo die Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln nicht fokussiert sind, anzuordnen.
In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Elektronenmikroskop, das eine Mehrtrajektorien-Fokussierungslinse zur Astigmatismuseinstellung 61 zum Korrigieren des Astigmatismus und eine Stigma-Spule 71 enthält, bezüglich 19 beschrieben. In dem in 19 veranschaulichten Elektronenmikroskop ist eine Linse 62 (eine Öffnungswinkel-Einstelllinse: eine fünfte Linse) vorgesehen, um das optische System, das die Mehrtrajektorien-Fokussierungslinse zur Astigmatismuseinstellung 61 (die vierte Linse) und die Stigma-Spule 71 enthält, mit dem in 1 veranschaulichten optischen System und dergleichen organisch zu kombinieren.
In der vorliegenden Ausführungsform ist ungleich zu der Konfiguration nach 1 die Linse 62 zum Fokussieren einer Trajektorie mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln im P2 angeordnet, der sich auf der Hauptfläche der Fokussierungslinse 14 der aufgeteilten Strahlen befindet. Die durch die Mehrlinsenanordnung 13 aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b werden auf einer Linsenhauptfläche P1 der Astigmatismuseinstell-Mehrtrajektorienfokussierungslinse 61 fokussiert. Die fokussierten Strahlen werden einer Linsenwirkung der Linse 61 unterworfen, wobei eine zentrale Trajektorie der aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b in einem Punkt G1 auf der optischen Achse fokussiert wird, wo der Astigmatismuseinstell-Quadrupol 61 vorgesehen ist (die zentrale Trajektorie wird zu dem Punkt G1 abgelenkt).
Weil im Punkt G1 die zentralen Trajektorien 3a, 3b der durch die Mehrlinsenapertur 13 aufgeteilten Primärelektronen auf der optischen Achse fokussiert werden (sich mit der optischen Achse kreuzen), selbst wenn ein durch die rotationssymmetrische Linse (die Linse 62) erzeugtes Magnetfeld und ein Astigmatismuskorrektur-Quadrupolfeld der Stigma-Spule 71 (der Astigmatismus-Korrekturvorrichtung) im G1 überlagert werden, ändern sich die zentralen Trajektorien (die punktierten Linien in der Zeichnung) durch die Wirkung der Linse und des Quadrupolfeldes nicht.
Andererseits sind die Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln der aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b außeraxial. Deshalb ist es durch das Anordnen (das Anordnen, so dass der G1 und die Hauptfläche der Linse 62 übereinstimmen) der Stigma-Spule 71, die das Quadrupolfeld zur Astigmatismuskorrektur im Punkt G1 erzeugt, und der Linse 62 zum Einstellen der Öffnungswinkel möglich, die Astigmatismuskorrektur und die Brennpunkteinstellung auszuführen, die für jeden der aufgeteilten Strahlen gleich sind.
In der Konfiguration nach 19 werden übrigens im Vergleich zu der Konfiguration nach 1 die Strahlen durch die Öffnungswinkel-Einstelllinse 62 anstatt durch die Fokussierungslinse 14 der aufgeteilten Strahlen nach 1 im P2 fokussiert, obwohl die Position des P2 anders ist. Falls die bezüglich der 3 und 4 beschriebenen symmetrischen und antisymmetrischen Beziehungen aufrechterhalten werden können, sind zahlreiche Modifikationen des optischen Systems möglich.
[Die sechste Ausführungsform]
Wenn ferner eine Beschleunigungsspannung (eine Landeenergie), die für die Messung oder die Untersuchung verwendet wird, durch das Einstellen einer Spannung (das Retardieren einer Spannung (einer negativen Spannung)), die an einen Wafer angelegt ist, geändert wird, ändert sich ein Öffnungswinkel an den Punkten a, b auf einer Probe der Primärelektronen 3a, 3b, die auf der Probe landen, weil sich die optische Vergrößerung der Objektivlinse 17 in Abhängigkeit von der Beschleunigungsspannung ändert.
Als eine sechste Ausführungsform ist ein optisches System, das die Einstellung des Öffnungswinkels während der Beschleunigungsänderung in dem in der fünften Ausführungsform gezeigten optischen System ermöglicht, das eine Leistungsquelle zum Anlegen einer negativen Spannung an die Probe enthält, veranschaulicht. Es ist möglich, nur eine Position des Brennpunkts P ohne das Ändern der zentralen Trajektorien 3a, 3b durch das Ändern der Stärke einer Öffnungswinkel-Einstelllinse, die an einer Position angeordnet ist, wo die zentralen Trajektorien 3a, 3b der aufgeteilten Primärelektronen fokussiert sind, zu ändern. Deshalb ist es durch das Ändern (Einstellen) der Linsenstärke der Öffnungswinkel-Einstelllinse 62, wenn die Objektivlinsenbedingung geändert wird, möglich, die optische Vergrößerung zu ändern und den Öffnungswinkel einzustellen.
Weil sich die geeignete Landeenergie und der Öffnungswinkel gemäß dem Messzweck und dem Typ des Messobjektmusters ändern, ist es durch die vorbereitende Tabellierung einer Beziehung zwischen der Objektivlinsenbedingung, wenn die Landeenergie geändert wird, und der Öffnungswinkel-Einstelllinse und das Speichern der Beziehung in einem vorgegebenen Speichermedium möglich, bei einem geeigneten Öffnungswinkel zu beobachten, während die Aberrationskorrekturbedingung ungeachtet der Änderung der Landeenergie aufrechterhalten wird. Eine Steuervorrichtung legt die Linsenbedingungen jeder Linse gemäß der Änderung der Landeenergie fest.
[Die siebente Ausführungsform]
Es wird ein Fall, in dem die aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b unter Verwendung eines Abtastablenkelements 26 abgetastet werden, betrachtet. Infolge der Ablenkungswirkung des Abtastablenkelements 26 werden die an den Ankunftspunkten a, b angekommenen Strahlen über der Probe abgetastet. Falls ein Abtastbereich zu diesem Zeitpunkt kleiner als der Abstand zwischen den Punkten a, b ist, wird zwischen den Abtastbereichen eine Lücke gebildet. Falls ferner der Abtastbereich größer als der Abstand der Lücke b zwischen den Abtastbereichen ist, können die Abtastbereiche überlappend sein.
Um die Probe effizient abzutasten, ist es erwünscht, den Abstand zwischen den Ankunftspunkten a, b in Verbindung mit dem Abtastbereich durch das Abtastablenkelement 26 durch eine Steuervorrichtung zu ändern, die das optische Element unter einer vorgegebenen Steuerbedingung steuert. Als eine siebente Ausführungsform veranschaulicht 20 ein optisches System, in dem eine Mehrstrahlabstands-Einstelllinse 63 zum Ändern e eines Abstands zwischen den Ankunftspositionen a, b der durch die Aperturlinsenanordnung 13 aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b angebracht ist.
Die durch die Mehrlinsenapertur 13 aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b gehen durch die Astigmatismuseinstell-Mehrtrajektorienfokussierungslinse 61 und die Öffnungswinkel-Einstelllinse 62 und werden dann der Linsenwirkung der Mehrstrahlabstands-Einstelllinse 63 unterworfen und an dem Punkt P2 fokussiert. Der Abstand zwischen den Ankunftspunkten a, b ändert sich gemäß dem Abstand zwischen den aufgeteilten Strahlen 3a, 3b am Punkt P2. Mit anderen Worten, der Abstand zwischen den aufgeteilten Strahlen 3a, 3b wird auf die Probe projiziert und wird der Abstand zwischen den Ankunftspunkten a, b auf dem Wafer.
Wenn z. B. die Linsenwirkung der Mehrstrahlabstands-Einstelllinse 63 verstärkt (abgeschwächt) wird, steigt (fällt) der Brennpunkt G2 der zentralen Trajektorien der aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b, während der Abstand zwischen den aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b im P2 abnimmt (zunimmt). Weil sich die optische Vergrößerung des gesamten optischen Systems ändert, wenn die Linsenstärke der Mehrstrahlabstands-Einstelllinse 63 geändert wird, ändert sich der Öffnungswinkel, wenn die aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b an dem Wafer ankommen. Um die Änderung des Öffnungswinkels zu unterdrücken, wird deshalb die Linsenstärke der Öffnungswinkel-Einstelllinse 62 synchron mit der Änderung der Linsenstärke der Mehrstrahlabstands-Einstelllinse 63 geändert.
Falls das Abtasten z. B. so ausgeführt werden kann, dass die Abtastbereiche mehrerer Strahlen nicht überlappend sind und es keine Lücke zwischen den Abtastbereichen gibt, kann ein Bild mit hoher Auflösung eines weiten Bereichs effizient aufgenommen werden. Deshalb ist es in Verbindung mit dem Einstellen der Größe (der Vergrößerung) des Sehfeldes (FOV) erwünscht, die Intensität der Mehrstrahlabstands-Einstelllinse 63 einzustellen, um eine derartige Bedingung zu erfüllen.
In der Öffnungswinkel-Einstelllinse 62 der vorliegenden Ausführungsform funktioniert die Linsenwirkung zum Ablenken der zentralen Trajektorien nicht, weil die Position der Linsenhauptfläche in der Richtung der optischen Achse mit dem Punkt G1 (dem Punkt, wo die zentralen Trajektorien der aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b auf der optischen Achse fokussiert sind) übereinstimmt. Deshalb ist es möglich, die optische Vergrößerung ohne das Ändern des Abstands zwischen den Ankunftspunkten a, b auf dem Wafer einzustellen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist es möglich, die zentralen Trajektorien und die Trajektorien mit den Öffnungswinkeln unabhängig zu steuern und dadurch die Steuerung zu vereinfachen, obwohl die Öffnungswinkel-Einstelllinse 62 an dem Punkt (z. B. dem G1) angeordnet ist, wo die aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b auf der optischen Achse fokussiert sind, selbst wenn die Mehrstrahlabstands-Einstelllinse an dem Brennpunkt (z. B. dem P5) der Trajektorien mit unterschiedlichen Öffnungswinkeln angeordnet ist.
[Die achte Ausführungsform]
21 veranschaulicht ein Beispiel einer Aperturlinsenanordnung, die einen Strahl in mehrere Strahlen aufteilt. Die Aperturlinsenanordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist aus vier Elektroden 13a, 13b, 13c und 13d ausgebildet. Die Primärelektronen sind von oberhalb der Aperturlinsenanordnung einfallend.
Die Primärelektronen werden in einer Kreisform in einer Mehraperturanordnung 13a gebildet, die am nächsten bei der Seite der Elektronenquelle angeordnet ist. Danach rasen die Primärelektronen in eine aus drei Elektroden (13b, 13c und 13d) ausgebildete Linse. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Minusspannung von einer (nicht gezeigten) Leistungsquelle an die Elektrode 13c angelegt, wobei folglich die Linse als eine Einzellinse verwendet wird. Wenn die Primärelektronen außeraxial durch die Einzellinse gehen, können die durch den Einfluss der Aberration hindurchgegangenen Primärelektronenstrahlen nicht an einem Punkt fokussiert werden, wobei der Strahlfleckdurchmesser, wenn die Strahlen an dem Wafer 31 ankommen, zunimmt.
Die Aperturlinsenanordnung gemäß der vorliegenden Ausführungsform macht einen Lochdurchmesser der Aperturanordnung 13, die in einer vorderen Stufe der Linsenanordnungen (13b, 13c und 13d) angeordnet ist, gleich oder kleiner als ein halb eines Elektrodendurchmessers (eines Lochdurchmessers von 13c oder eines minimalen Durchmessers der Lochdurchmesser von 13b, 13c und 13d) der Linsenanordnung, so dass der Durchgang der Elektronen, die außeraxial durch die durch die Linsenanordnung ausgebildete Linse gehen, eingeschränkt werden kann.
Ferner ist eine Linsenanordnung 13b, die mit der Masse verbunden ist, zwischen der Aperturanordnung 13a und der Linsenanordnung 13c, an die eine negative Spannung angelegt ist, vorgesehen. Beim Fehlen der vorliegenden Elektrode tritt ein durch das Anlegen einer Spannung an die Elektrode 13c erzeugtes elektrisches Feld aus der Aperturanordnung 13a aus, wobei es auf den Elektronenstrahl wirkt, bevor er durch die Aperturanordnung eingeschränkt wird, um eine Aberration zu erzeugen. Im Ergebnis wird es aufgrund des Einflusses der Aberration unmöglich, die Primärelektronenstrahlen nach dem Hindurchgehen durch die Aperturlinsenanordnung in einem Punkt zu fokussieren, wobei der Strahlfleckdurchmesser auf dem Wafer 31 zunimmt.
Durch das Anordnen der Linsenanordnung 13b, die zwischen der Aperturanordnung 13a und der Linsenanordnung 13c, an die eine negative oder eine positive Spannung angelegt ist, an der Masse können die außeraxial der durch die Mehrlinsenanordnung (13b, 13c und 13d) erzeugten Linse rasenden Primärelektronen eingeschränkt werden. Im Ergebnis ist es möglich, die Primärelektronen nach dem Hindurchgehen durch die Mehrlinsenanordnung in einem Punkt zu fokussieren.
[Die neunte Ausführungsform]
In dem oben beschriebenen optischen System sind die Kreuzungspositionen (P1 bis P5, G1 bis G4) nach dem Hindurchgehen durch die Aperturlinsenanordnung 13 fest, um die außeraxiale Aberration der aufgeteilten Primärelektronen und die durch die Strahlablenkung erzeugte Ablenkungsaberration zu korrigieren.
Deshalb sind in dem optischen System gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine erste Kondensorlinse 11 (eine sechste Linse) und eine Sondenstrom-Einstelllinse 12 (eine siebente Linse) zwischen der Elektronenquelle 1 und der Aperturlinsenanordnung 13 vorgesehen. Hier wird ein spezifisches Beispiel für den Fall des Verringerns eines Sondenstrombetrags der aufgeteilten Primärelektronenstrahlen 3a, 3b veranschaulicht.
Die von der Elektronenquelle 1 emittierten Primärelektronen werden unter der Linsenwirkung der ersten Kondensorlinse in dem Punkt P1 fokussiert. Dann werden die Primärelektronen durch eine Einfallswinkel-Steuerlinse 12 in zu der optischen Achse 201 parallele Strahlen umgesetzt, wobei die Aperturlinsenanordnung 13 mit den Primärelektronen bestrahlt wird und die Primärelektronen in kreisförmige Strahlen geformt werden.
Der Strahlstrom nach dem Formen ist durch den Lochdurchmesser der Aperturlinsenanordnung 13 und die Stromdichte der Primärelektronen, mit denen die Aperturlinsenanordnung 13 bestrahlt wird, bestimmt. Dadurch kann durch das Vergrößern der Stärke der ersten Kondensorlinse, um den Punkt P1 nach oben zu bewegen, und durch das Vergrößern einer Brennweite durch das Verringern der Linsenstärke der Sondenstrom-Einstelllinse 12 die Dichte der Primärelektronen, mit der die Aperturlinsenanordnung bestrahlt wird, verringert werden, während der Bestrahlungswinkel (in der vorliegenden Ausführungsform parallel zu der optischen Achse) aufrechterhalten wird. Im Ergebnis ist es möglich, den Sondenstrom der aufgeteilten Primärelektronen 3a, 3b, mit denen der Wafer bestrahlt wird, zu verringern.
Bezugszeichenliste

1: Elektronenquelle
2: Primärelektron (Elektronenstrahl)
3a: zentrale Trajektorie des aufgeteilten Primärelektrons
3b: zentrale Trajektorie des aufgeteilten Primärelektrons
11: erste Kondensorlinse
12: Sondenstrom-Einstelllinse
13: Aperturlinsenanordnung
14: Fokussierungslinse der aufgeteilten Strahlen
15: Aberrationserzeugungslinse
16: Farbdispersionstrajektorie-Fokussierungslinse
17: Objektivlinse
18: Blende
19: rotationssymmetrische Linse zur Fokussierungsunterstützung
21: Ablenkelement
22: Ablenkelement
23: Ablenkelement
24: Ablenkelement
25: Ablenkelement
26: Abtastablenkelement
30: Wien-Filter
31: Wafer
41: elektromagnetischer Dipol
42: elektromagnetischer Quadrupol
51: elektromagnetischer Pol, der das Wien-Filter bildet
52: elektromagnetischer Pol, der das Wien-Filter bildet
53: elektromagnetischer Pol, der das Wien-Filter bildet
54: elektromagnetischer Pol, der das Wien-Filter bildet
61: Astigmatismuseinstell-Mehrtrajektorienfokussierungslinse
62: Öffnungswinkel-Einstelllinse
63: Mehrstrahlabstands-Einstelllinse
71: Stigma-Spule
101: Ablenkungsaberrations-Korrektureinheit
201: optische Achse
301: durch das Wien-Filter hindurchgehendes Primärelektron
a: Ankunftspunkt eines aufgeteilten Strahls auf dem Wafer
b: Ankunftspunkt eines aufgeteilten Strahls auf dem Wafer
P1: Kreuzung
P2: Kreuzung
P3: Kreuzung
P4: Brennpunkt der Linse
P5: vorderer Brennpunkt der Objektivlinse
G1: Kreuzung zentraler Trajektorien der aufgeteilten Strahlen
G2: Kreuzung zentraler Trajektorien der aufgeteilten Strahlen
G3: Kreuzung zentraler Trajektorien der aufgeteilten Strahlen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 5886663 [0003]
JP 6178699 [0003]
US 9653256 [0003]
US 9704687 f [0049]

Claims

Strahlbestrahlungsvorrichtung, die Folgendes umfasst: eine Strahlenquelle, die konfiguriert ist, um mehrere Strahlen zu emittieren; eine Objektivlinse, die konfiguriert ist, um einen Strahl auf einer Probe zu fokussieren; eine erste Linse, die so angeordnet ist, dass eine Linsenhauptfläche an einem Objektpunkt der Objektivlinse positioniert ist, und die konfiguriert ist, um mehrere einfallende Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Hauptfläche der Objektivlinse und einer optischen Achse abzulenken; eine zweite Linse, die näher bei einer Seite der Strahlenquelle als die erste Linse angeordnet ist und die konfiguriert ist, um die mehreren Strahlen auf einer Hauptfläche der ersten Linse zu fokussieren; und eine dritte Linse, die näher bei der Seite der Strahlenquelle als die zweite Linse angeordnet ist und die konfiguriert ist, um die mehreren Strahlen zu einem Schnittpunkt einer Hauptfläche der zweiten Linse und der optischen Achse abzulenken.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die zweite Linse ein Wien-Filter ist.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 2, die ferner umfasst: eine Hilfslinse, die konfiguriert ist, um eine Fokussierungswirkung des Wien-Filters zu unterstützen, auf wenigstens einer einer Seite, die sich näher bei der Seite der Strahlenquelle als das Wien-Filter befindet, und einer Seite, die sich näher bei einer Probenseite als das Wien-Filter befindet.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die dritte Linse ein elektromagnetischer Dipol oder ein elektromagnetischer Quadrupol ist.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner umfasst: eine vierte Linse, die näher bei der Seite der Strahlenquelle als die dritte Linse angeordnet ist und die konfiguriert ist, um die mehreren Strahlen zur optischen Achse abzulenken; eine Astigmatismus-Korrekturvorrichtung, die konfiguriert ist, um den Astigmatismus an einer Position zu korrigieren, wo die optische Achse die durch die vierte Linse abgelenkten mehreren Strahlen schneidet; und eine fünfte Linse, die eine Linsenhauptfläche an der Schnittposition enthält und konfiguriert ist, um die mehreren Strahlen auf einer Linsenhauptfläche der dritten Linse zu fokussieren.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 5, wobei die fünfte Linse gemäß einer Leistungsquelle, die eine negative Spannung anlegt, die eine negative Spannung an die Probe anlegt, und einer Änderung der negativen Spannung der Leistungsquelle, die eine negative Spannung anlegt, die an die Probe angelegt ist, eingestellt wird.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner Folgendes umfasst: ein Abtastablenkelement, das konfiguriert ist, um die mehreren Strahlen abzutasten; eine Abstandseinstelllinse, die konfiguriert ist, um einen Abstand zwischen den mehreren Strahlen einzustellen; und eine Steuervorrichtung, die konfiguriert ist, um die Abstandseinstelllinse zu steuern, wobei die Steuervorrichtung die Abstandseinstelllinse gemäß einer Abtastbreite mittels des Abtastablenkelements steuert.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Strahlenquelle, die konfiguriert ist, um die mehreren Strahlen zu emittieren, enthält einen Chip, der konfiguriert ist, um ein Elektron zu emittieren; eine Aperturlinsenanordnung, die aus mehreren Elektroden ausgebildet ist, die mehrere Öffnungen aufweisen, die konfiguriert ist, um einen von dem Chip emittierten Strahl in mehrere Strahlen aufzuteilen; und eine Leistungsversorgung, die konfiguriert ist, um eine Spannung an wenigstens eine der mehreren Elektroden anzulegen.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei ein Radius der Öffnung der Elektrode, die unter den mehreren Elektroden am nächsten bei einer Seite des Chips angeordnet ist, nicht größer als ein halb eines Radius der Öffnung der anderen Elektroden ist.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Aperturlinsenanordnung wenigstens zwei Elektroden enthält, die zu einer Masse geerdet sind und die sich näher bei der Seite des Chips als die Elektrode, an die die Spannung angelegt ist, befinden.
Strahlbestrahlungsvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner Folgendes umfasst: eine sechste Linse, die konfiguriert ist, um den von dem Chip emittierten Strahl zu fokussieren; und eine siebente Linse, die konfiguriert ist, um den durch die sechste Linse hindurchgehenden Strahl weiter zu fokussieren, zwischen dem Chip und der Aperturlinsenanordnung, wobei eine Intensität der siebenten Linse geschwächt wird, wenn sich ein Brennpunkt der sechsten Linse dem Chip nähert.