JP2000149843A - Optical system of charged particle beam map - Google Patents

Optical system of charged particle beam map

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JP2000149843A
JP2000149843A JP10312829A JP31282998A JP2000149843A JP 2000149843 A JP2000149843 A JP 2000149843A JP 10312829 A JP10312829 A JP 10312829A JP 31282998 A JP31282998 A JP 31282998A JP 2000149843 A JP2000149843 A JP 2000149843A
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JP
Japan
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wien filter
charged particle
particle beam
optical system
irradiation
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JP10312829A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Takagi
徹 高木
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Nikon Corp
Original Assignee
Nikon Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce aberration, including aberration with lapse of time, caused by ununiformity of an electromagnetic field among monochrome aberration, by adjusting a shape of the electromagnetic field by providing a movable part to move at least either one of a pair of electrodes or a pair of magnetic poles of a Wien filter. SOLUTION: A charged particle beam for irradiation departed from an irradiated beam source is injected into a Wien filter 1 equipped with a pair of magnetic poles 2 and a pair of magnetic poles 4, and the charged particle beam for irradiation is injected onto the surface of a specimen after they passes the filter. A charged particle beam for observation is led in a different direction from the direction of the irradiated beam source by the Wien filter 1, and the charged particle beam is injected into a means of detecting after it passes through the Wien filter 1. A N magnetic pole 2a and a S magnetic pole 2b are made movable in the direction of a magnetic field B by adjusting devices 6a, 6b, and a positive electrode 4a and a negative electrode 4b are made movable in the direction of an electric field E by adjusting devices 6c, 6d. The adjusting devices 6a, 6b, 6c, 6d are distance adjusting devices by feed screws for example. Thereby, an optical system with high resolution is obtained.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子線写像光学
系に関し、特に、ウィーンフィルターを用いた写像型電
子顕微鏡等の荷電粒子線写像光学系に関する。
The present invention relates to a charged particle beam mapping optical system, and more particularly, to a charged particle beam mapping optical system such as a mapping electron microscope using a Wien filter.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来より微細化、高集積化した半導体素
子等の観察、検査をするために、電子ビーム(電子線)
等を用いた電子顕微鏡が多く用いられている。電子顕微
鏡の中には、走査型電子顕微鏡(SEM)の他に、写像
型電子顕微鏡と呼ばれるものがある。走査型電子顕微鏡
が、いわゆる点から点への照明・結像を行う顕微鏡であ
るのに対して、写像型電子顕微鏡は、面から面への照明
・結像が可能な顕微鏡である。近年、こうした写像型電
子顕微鏡の荷電粒子線写像光学系の開発が盛んに行われ
ている。
2. Description of the Related Art An electron beam (electron beam) has been used for observing and inspecting a semiconductor device which has been miniaturized and highly integrated.
Electron microscopes using such as are often used. Among electron microscopes, there is a so-called mapping electron microscope in addition to a scanning electron microscope (SEM). A scanning electron microscope is a microscope that performs so-called point-to-point illumination and image formation, whereas a mapping electron microscope is a microscope that can perform surface-to-surface illumination and image formation. In recent years, development of charged particle beam mapping optical systems of such mapping electron microscopes has been actively carried out.

【0003】一般に、荷電粒子線写像光学系には、落射
照明を行うためにビームセパレーターとしてのウィーン
フィルター(イー・クロス・ビー)が設置されている。
ウィーンフィルターは、主に対向電極と対向磁極にて構
成され、内部に電磁場を形成する。そして、ウィーン条
件のもと、ウィーンフィルターに入射する1次電子ビー
ム(照射用電子線)の軌道を偏向させ、ウィーンフィル
ターを射出する2次電子ビーム(観察用電子線)の軌道
を直進させる。すなわち、ウィーンフィルターは、斜入
射した後の写像光学系の照明系の光軸を、結像系の光軸
と一致させる。ここで、ウィーン条件とは、対向電極の
間の電場Eと、対向磁極の間の磁場Bとが、光軸上を通
過する電荷eの電子に対して、 F=e・(E−vB)=0 を満たす直進条件のことをいう。実際には、軌跡に沿っ
た力積が0になるような系である。
Generally, a charged particle beam mapping optical system is provided with a Wien filter (E.C.B) as a beam separator for performing epi-illumination.
The Wien filter mainly includes an opposing electrode and an opposing magnetic pole, and forms an electromagnetic field inside. Then, under the Wien condition, the trajectory of the primary electron beam (irradiation electron beam) incident on the Wien filter is deflected, and the trajectory of the secondary electron beam (observation electron beam) emitted from the Wien filter is moved straight. That is, the Wien filter matches the optical axis of the illumination system of the imaging optical system after oblique incidence with the optical axis of the imaging system. Here, the Wien condition means that the electric field E between the opposing electrodes and the magnetic field B between the opposing magnetic poles are: F = e · (E−vB) = 0. Actually, the system is such that the impulse along the trajectory becomes zero.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】上記従来のウィーンフ
ィルターを用いた写像光学系において、結像系では色収
差が発生していた。そして、この色収差を補正するため
に、ウィーンフィルターの電磁場の方向とは異なる逆向
きの電磁場を発生させるイー・クロス・ビーを設置する
ことが提案されている。しかし、単色収差に関して、電
場方向ポテンシャルの変化に伴う電子速度のばらつきに
よって派生する非点隔差を補正する手段は多数開示され
ているが、それ以外の収差を補正する手段は、あまり提
案されていなかった。
In the above-mentioned conventional mapping optical system using a Wien filter, chromatic aberration has occurred in the imaging system. In order to correct this chromatic aberration, it has been proposed to provide an e-cross bee that generates an electromagnetic field having a direction opposite to the direction of the electromagnetic field of the Wien filter. However, with respect to monochromatic aberration, a number of means for correcting astigmatism derived from variations in electron velocity due to changes in electric field direction potential have been disclosed, but means for correcting other aberrations have not been proposed so much. Was.

【0005】以下、ウィーンフィルターで発生する収差
について詳しく説明する。一般的に、ウィーンフィルタ
ーの内部では、電場とそれに直交する磁場が重畳されて
いる。ここに、電子ビームを入射すると、電子ビーム
は、電場方向から凸パワーを受け、磁場方向からはパワ
ーを受けない。このため、電場方向と磁場方向の間で
は、非点隔差が発生する。また、非点隔差以外には、ウ
ィーンフィルターの中心を通る電場方向の軸と対称な像
の歪みが発生することが知られている(K.Tuno,Optik 8
9,No.1(1991)31-40「Aberration analysis of a Wien fi
lter for electrons」)。これは、ウィーンフィルター
の中心軸上ではウィーン条件を満足しても、軸外の領域
では、軸から離れるにつれてウィーン条件を満足しなく
なるからである。これにより、電子ビームは、ウィーン
フィルターの中心軸に対して対称的な偏向を受けること
になる。
Hereinafter, aberrations generated by the Wien filter will be described in detail. Generally, an electric field and a magnetic field orthogonal thereto are superimposed inside the Wien filter. Here, when an electron beam is incident, the electron beam receives a convex power from the electric field direction and does not receive a power from the magnetic field direction. Therefore, an astigmatic difference occurs between the electric field direction and the magnetic field direction. In addition to the astigmatism, it is known that image distortion occurs symmetrically with the axis in the direction of the electric field passing through the center of the Wien filter (K. Tuno, Optik 8
9, No. 1 (1991) 31-40 `` Aberration analysis of a Wien fi
lter for electrons "). This is because even if the Wien condition is satisfied on the central axis of the Wien filter, the off-axis region does not satisfy the Wien condition as the distance from the axis increases. As a result, the electron beam is symmetrically deflected with respect to the central axis of the Wien filter.

【0006】一般に、走査型電子顕微鏡においては、系
全体で発生する非点隔差を補正するために、スティグメ
ータが設置されている。これに対して、ウィーンフィル
ターを用いた写像型電子顕微鏡においても、スティグメ
ータをウィーンフィルターとは別に設置することで、電
場方向と磁場方向の間に生じる非点隔差を、ある程度補
正できる。しかし、前述したウィーンフィルターにて発
生する歪みは、スティグメータでは補正できない。これ
は、ウィーンフィルターの中心軸から磁場方向に離れる
につれ、ウィーン条件からずれて、これが主に電場方向
への不均一なパワーとなるからである。したがって、ウ
ィーンフィルターにて発生する歪みは、軸近傍におい
て、磁場方向の物高に依存した電場方向への像流れとな
って現れる。また、この歪みは非点隔差のばらつきの原
因にもなっており、この歪みを補正しないことには非点
隔差を完全に補正したことにはならない。
Generally, in a scanning electron microscope, a stig meter is provided to correct astigmatism occurring in the entire system. On the other hand, also in the mapping electron microscope using the Wien filter, the astigmatism generated between the electric field direction and the magnetic field direction can be corrected to some extent by installing the stig meter separately from the Wien filter. However, the distortion generated by the above-described Wien filter cannot be corrected by a stig meter. This is because the further away from the central axis of the Wien filter in the direction of the magnetic field, the deviation from the Wien condition results in non-uniform power mainly in the direction of the electric field. Therefore, the distortion generated in the Wien filter appears as an image flow in the electric field direction near the axis depending on the object height in the magnetic field direction. Further, this distortion also causes variation of the astigmatic difference. Failure to correct this distortion does not mean that the astigmatic difference has been completely corrected.

【0007】このような歪みを補正するには、ウィーン
フィルターの形状を最適化することが考えられる。しか
し、たとえ設計の段階でどんなにウィーンフィルターの
最適な形状を見出しても、機械加工の段階で必ず設計形
状との差異が生じてしまう。しかも現実には、設計で使
用する3次元の電磁場解析用のアプリケーションの絶対
精度はそれ程高くないため、設計上で最適形状を求める
のは難しい。更には、散乱電子による汚染によって、ウ
ィーンフィルターの電磁場自体が経時的に変化してしま
う場合がある。したがって本発明は、ウィーンフィルタ
ーで発生する単色収差のうち、電磁場の不均一性によっ
て発生する収差を、経時も含めて簡単に低減できる荷電
粒子線写像光学系を提供することを課題とする。
To correct such a distortion, it is conceivable to optimize the shape of the Wien filter. However, even if the optimum shape of the Wien filter is found at the design stage, a difference from the design shape always occurs at the machining stage. Moreover, in reality, the absolute accuracy of the three-dimensional electromagnetic field analysis application used in the design is not so high, and it is difficult to find the optimum shape in the design. Furthermore, the electromagnetic field itself of the Wien filter may change with time due to contamination by scattered electrons. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a charged particle beam mapping optical system that can easily reduce, even over time, aberration caused by non-uniformity of an electromagnetic field among monochromatic aberrations generated by a Wien filter.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、添付図面に
付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、照射線
源(21)から発した照射用荷電粒子線を照射光学系
(22)を介して電極対(4)と磁極対(2)を備えた
ウィーンフィルター(1)に入射させ、ウィーンフィル
ター(1)を通過した照射用荷電粒子線を対物光学系
(24)を介して試料面(23)に入射させ、試料面
(23)から放出された観察用荷電粒子線を対物光学系
(24)を介してウィーンフィルター(1)に入射さ
せ、ウィーンフィルター(1)によって照射線源(2
1)に至る方向とは異なる方向に観察用荷電粒子線を導
き、ウィーンフィルター(1)を通過した後の観察用荷
電粒子線を結像光学系(28)を介して検出手段(2
9)に入射させる荷電粒子線写像光学系において、ウィ
ーンフィルター(1)は、内部に形成される電磁場の形
状を調整できるように電極対(4a、4b)と磁極対
(2a、2b)のうちの少なくとも1つを移動する可動
部(6a、6b、6c、6d)を備えたことを特徴とす
る荷電粒子線写像光学系である。その際、可動部(6
a、6b、6c、6d)は、電極対(4a、4b)を電
場方向(E)に移動し、磁極対(2a、2b)を磁場方
向(B)に移動するように形成されることが好ましい。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems. That is, when the reference numerals in the attached drawings are added in parentheses, the present invention provides an irradiation source (21). Of the charged particle beam for irradiation emitted from the device through the irradiation optical system (22) to be incident on the Wien filter (1) provided with the electrode pair (4) and the magnetic pole pair (2) and passed through the Wien filter (1). The charged particle beam for observation is made incident on the sample surface (23) via the objective optical system (24), and the charged particle beam for observation emitted from the sample surface (23) is passed through the objective optical system (24) to the Wien filter ( 1) and incident on the irradiation source (2) by the Wien filter (1).
The charged particle beam for observation is guided in a direction different from the direction leading to 1), and the charged particle beam for observation after passing through the Wien filter (1) is detected via the imaging optical system (28).
In the charged particle beam mapping optical system to be incident on 9), the Wien filter (1) includes an electrode pair (4a, 4b) and a magnetic pole pair (2a, 2b) so that the shape of an electromagnetic field formed inside can be adjusted. And a movable part (6a, 6b, 6c, 6d) for moving at least one of the above. At that time, the movable part (6
a, 6b, 6c, 6d) may be formed such that the electrode pairs (4a, 4b) move in the direction of the electric field (E) and the magnetic pole pairs (2a, 2b) move in the direction of the magnetic field (B). preferable.

【0009】以上の構成の荷電粒子線写像光学系では、
まず設計段階において、非点隔差の発生を抑えるような
ウィーンフィルターを設計するのではなく、主に均一な
非点隔差だけが残るようなウィーンフィルターを設計す
る。そして、製造段階や経時において、可動な対向電極
と対向磁極を移動させて、電極間隔と磁極間隔の比や相
対位置を変化させながら、重畳される電磁場を理想形状
(理想設計解)に近づける。
In the charged particle beam mapping optical system having the above configuration,
First, in the design stage, instead of designing a Wien filter that suppresses the occurrence of astigmatism, a Wien filter that mainly leaves only a uniform astigmatic difference is designed. Then, at the manufacturing stage or over time, the movable counter electrode and the counter pole are moved to change the ratio of the electrode interval to the pole interval and the relative position, thereby bringing the superposed electromagnetic field closer to the ideal shape (ideal design solution).

【0010】以下、上記構成の荷電粒子線写像光学系の
ウィーンフィルターにて発生する収差について詳しく説
明する。設計上の計算精度や製造誤差等により、ウィー
ンフィルターの電磁場の形状が理想形状からずれたと
き、光軸近傍で発生する最も大きな収差成分は低次収差
である。一般に、ウィーンフィルター、スティグメータ
等の電子光学素子に対して、電子ビームが通過する領域
は、光軸とその近傍の領域のみである。したがって、低
次収差を補正することは、全体の収差が補正され、電磁
場が理想形状に近づくことと同義である。
Hereinafter, aberrations generated in the Wien filter of the charged particle beam mapping optical system having the above-described configuration will be described in detail. When the shape of the electromagnetic field of the Wien filter deviates from the ideal shape due to design calculation accuracy, manufacturing error, or the like, the largest aberration component generated near the optical axis is low-order aberration. Generally, an electron beam passes through an optical optical element such as a Wien filter or a stig meter only in an optical axis and a region near the optical axis. Therefore, correcting low-order aberrations is synonymous with correcting the overall aberrations and bringing the electromagnetic field closer to the ideal shape.

【0011】ウィーンフィルターは、その中心軸と結像
系の光軸とが一致するように配置される。そして、光軸
方向をZ方向とし、電場方向をX方向とし、磁場方向を
Y方向としたとき、ウィーンフィルター内での電子の運
動方程式は、 Fx/e=Ex−vz・By (1) Fx:電子の受ける力のX成分 e:電荷 Ex:電場のX成分 vz:電子の速度のZ成分 By:磁場のY成分となる。但し、電磁場のZ成分は無
視している。
The Wien filter is arranged so that its central axis coincides with the optical axis of the imaging system. When the optical axis direction is the Z direction, the electric field direction is the X direction, and the magnetic field direction is the Y direction, the equation of motion of electrons in the Wien filter is: Fx / e = Ex−vz · By (1) Fx : X component of the force received by the electron e: electric charge Ex: X component of the electric field vz: Z component of the speed of the electron By: Y component of the magnetic field However, the Z component of the electromagnetic field is ignored.

【0012】ここで、ウィーンフィルターの中心を原点
とし、原点における電場をE0とし、磁場をB0とし、電
子速度をv0とする。更に、原点からの微小変位量を、
(δx,δy)とする。このとき、近似モデルとして、
対向電極と対向磁極を、原点を中心にした電気双極子と
磁気双極子として仮定すると、中心近傍における電磁場
Ex、Byは次式のように表せる。 e:電気双極子の長さ lm:磁気双極子の長さ
Here, it is assumed that the center of the Wien filter is the origin, the electric field at the origin is E 0 , the magnetic field is B 0 , and the electron velocity is v 0 . Furthermore, the amount of minute displacement from the origin is
(Δx, δy). At this time, as an approximate model,
Assuming that the opposing electrode and the opposing magnetic pole are an electric dipole and a magnetic dipole centered on the origin, the electromagnetic fields Ex and By near the center can be expressed as follows. l e : length of electric dipole l m : length of magnetic dipole

【0013】また、近似モデルにZ方向に入射する電子
には、次式が成り立つ。 m:電子の質量 したがって、電子の速度vzは、軸近傍において、 となる。
The following equation holds for electrons incident on the approximate model in the Z direction. m: mass of the electron Therefore, the velocity vz of the electron is Becomes

【0014】以上より、(1)式のウィーンフィルター
内での電子の運動方程式は、次式のように表すことがで
きる。 ここで、ウィーンフィルターのXY平面における電磁場
が理想的な直交電磁場であり、ウィーンフィルターの有
効領域における電子速度v0が充分速いとする。このと
き、(2)式の多項部の第1項は0となり、le、lm
無限大となることから第3、4項も0となる。したがっ
て、(2)式は次式のように整理される。
From the above, the equation of motion of electrons in the Wien filter of equation (1) can be expressed as follows. Here, it is assumed that the electromagnetic field in the XY plane of the Wien filter is an ideal orthogonal electromagnetic field, and the electron velocity v 0 in the effective region of the Wien filter is sufficiently high. In this case, the (2) the first term is zero polynomial of equation, l e, also third and fourth paragraphs that l m becomes infinite 0. Therefore, equation (2) is arranged as follows.

【0015】上式は、(2)式の多項部の第2項のみが
残った式であり、ウィーンフィルターでは良く知られた
電場方向の光線高に比例した凸パワー、すなわち非点隔
差を表す式である。この非点隔差は、前述したように、
スティグメータを設置することで補正することができ
る。しかし実際には、設計上の計算精度や製造誤差、Z
方向の電磁場成分、電子の通過時間等によって、低次の
収差成分、すなわち(2)式の多項部の第3項と第4項
が残ってしまう。この低次収差の中のδx2成分は電場
方向の凸パワーに対し非対称な収束性を示す成分であ
り、δy2成分は電場方向に流れる像歪みを示す成分で
ある。このようなδx2、δy2成分等の低次収差は、ス
ティグメータでは補正しきれない。したがって、このよ
うな低次の収差成分が最小になるように、電磁極の調整
装置によって、電磁極を最適な位置に調整する。
The above equation is an equation in which only the second term of the polynomial part of the equation (2) remains. In the Wien filter, the well-known convex power proportional to the ray height in the electric field direction, that is, the astigmatic difference is expressed. It is an expression. This astigmatism is, as described above,
It can be corrected by installing a stig meter. However, in practice, the calculation accuracy in the design, manufacturing error, Z
A low-order aberration component, that is, the third and fourth terms of the polynomial part of equation (2) remain due to the electromagnetic field component in the direction, the passage time of electrons, and the like. The δx 2 component in this low-order aberration is a component showing asymmetric convergence with respect to the convex power in the electric field direction, and the δy 2 component is a component showing image distortion flowing in the electric field direction. Such low-order aberrations such as the δx 2 and δy 2 components cannot be completely corrected by a stig meter. Therefore, the electromagnetic pole is adjusted to an optimal position by the electromagnetic pole adjusting device so that such low-order aberration components are minimized.

【0016】具体的な電磁極の調整方法は、光軸上にお
いて予め定めたウィーン条件を満たすように、すなわ
ち、(2)式の第1項が0となるように、電極電圧と磁
極用コイル電流を変化させながら、(2)式の第3項と
第4項も0となるように、対向電極と対向磁極の間隔を
移動させる。そもそも、理想設計解に対する設計誤差や
製造誤差は、実際にはそれ程大きなものではないので、
設計上の配置に対する電磁極の補正量は極僅かである。
そして最後に、(2)式の第2項が0となるように、ス
ティグメータにて補正することで、写像光学系としての
全ての収差が除去される。
A specific method of adjusting the electromagnetic pole is to adjust the electrode voltage and the magnetic pole coil so that the predetermined Wien condition is satisfied on the optical axis, that is, so that the first term of equation (2) becomes zero. While changing the current, the distance between the opposing electrode and the opposing magnetic pole is moved so that the third and fourth terms in equation (2) also become zero. In the first place, the design error and manufacturing error with respect to the ideal design solution are actually not so large,
The amount of correction of the electromagnetic pole with respect to the design arrangement is very small.
Finally, all aberrations as a mapping optical system are removed by performing correction with a stig meter so that the second term of equation (2) becomes zero.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図1、2は、本発明による荷電粒子線写像
光学系の一実施例を示す。図1は、本発明の一実施例に
よる写像光学系を示す概略図である。まず、電子銃21
より発せられた1次電子ビームは、照射レンズ系22を
通過して、ウィーンフィルター1に入射する。ここで、
ウィーンフィルター1は、対向磁極2、対向電極4、調
整装置等によって構成されている。1次電子ビームは、
ウィーンフィルター1によって光路を曲げられる。ウィ
ーンフィルター1を通過した後の1次電子ビームは、対
物レンズ系24を通過して、試料23の表面を落射照明
する。ここで、照明系は、照射レンズ系22、ウィーン
フィルター1、対物レンズ系24等で構成される。
Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 1 and 2 show an embodiment of a charged particle beam mapping optical system according to the present invention. FIG. 1 is a schematic diagram showing a mapping optical system according to one embodiment of the present invention. First, the electron gun 21
The emitted primary electron beam passes through the irradiation lens system 22 and enters the Wien filter 1. here,
The Wien filter 1 includes a counter pole 2, a counter electrode 4, an adjusting device, and the like. The primary electron beam is
The optical path can be bent by the Wien filter 1. The primary electron beam after passing through the Wien filter 1 passes through the objective lens system 24 and illuminates the surface of the sample 23 with incident light. Here, the illumination system includes an irradiation lens system 22, the Wien filter 1, an objective lens system 24, and the like.

【0018】試料23上に1次電子ビームが照射される
と、試料23上で反射する比較的エネルギーの高い反射
電子ビームと、試料23の表面から放出される低エネル
ギーの2次電子ビームとが発生する。これらの電子ビー
ムのうち、通常、2次電子ビームが結像に用いられる。
2次電子ビームは、対物レンズ系24を通過して、ウィ
ーンフィルター1に入射する。ウィーンフィルター1を
直進通過した2次電子ビームは、スティグメータ13、
結像レンズ系28の順に通過して、検出器29に入射す
る。この検出器29に入射した2次電子ビームの情報を
基に、試料23の観察、検査等を行うことになる。ここ
で、結像系は、対物レンズ系24、ウィーンフィルター
1、スティグメータ13、結像レンズ系28等で構成さ
れる。
When the primary electron beam is irradiated on the sample 23, a reflected electron beam having a relatively high energy reflected on the sample 23 and a low energy secondary electron beam emitted from the surface of the sample 23 are generated. appear. Of these electron beams, a secondary electron beam is usually used for imaging.
The secondary electron beam passes through the objective lens system 24 and enters the Wien filter 1. The secondary electron beam that has passed straight through the Wien filter 1 is
The light passes through the imaging lens system 28 in this order and enters the detector 29. Observation, inspection, and the like of the sample 23 are performed based on the information of the secondary electron beam incident on the detector 29. Here, the imaging system includes the objective lens system 24, the Wien filter 1, the stigmator 13, the imaging lens system 28, and the like.

【0019】図2は、本発明の一実施例によるウィーン
フィルターを示す概略図である。ウィーンフィルター1
の対向磁極は、N磁極2aとS磁極2bからなり、各磁
極は調整装置6a、6bによって、磁場方向Bに移動可
能となっている。ここで、N磁極2aとS磁極2bは、
対向面において、絶対値は等しく異なる極性を帯びた強
磁性体である。また、対向電極は、正電極4aと負電極
4bからなり、各電極は調整装置6c、6dによって、
電場方向Eに移動可能となっている。ここで、正電極4
aと負電極4bは、非磁性体からなる電極である。そし
て、正電極4aに印加される正電圧と、負電極4bに印
加される負電圧は、絶対値が等しい。ここで、調整装置
6a、6b、6c、6dは、例えば、送りネジによる距
離調整装置である。
FIG. 2 is a schematic view showing a Wien filter according to an embodiment of the present invention. Vienna filter 1
Are composed of an N magnetic pole 2a and an S magnetic pole 2b. Each magnetic pole can be moved in the magnetic field direction B by adjusting devices 6a and 6b. Here, the N magnetic pole 2a and the S magnetic pole 2b are
On the opposing surface, the absolute value is a ferromagnetic material having polarities different from each other. The counter electrode is composed of a positive electrode 4a and a negative electrode 4b, and each electrode is controlled by adjusting devices 6c and 6d.
It can move in the electric field direction E. Here, the positive electrode 4
a and the negative electrode 4b are electrodes made of a non-magnetic material. The positive voltage applied to the positive electrode 4a and the negative voltage applied to the negative electrode 4b have the same absolute value. Here, the adjusting devices 6a, 6b, 6c, and 6d are distance adjusting devices using a feed screw, for example.

【0020】次に、図3〜6において、本発明の一実施
例によるウィーンフィルターによる収差補正の効果を具
体的に説明する。図3は、写像光学系の結像系をモデル
化して示した図である。ここで、結像系の主軸zにおい
て、ウィーンフィルター1に入射する電子ビームKは、
ウィーン条件を満たしているものとする。そして、主軸
zの近傍において、主軸zと平行に、電磁場方向(EB
平面)に等間隔に並べて入射した電子ビームKを考え
る。これらの電子ビームKは、ウィーンフィルター1を
通過した後、スティグメータ13を通過する。ここで、
スティグメータ13は、ウィーンフィルター1で発生す
る均一な非点隔差成分のみを補正できる。同図の断面M
1、M2、M3は、電子ビームKの軌道変化を知るため
のサンプル面である。すなわち、断面M1はウィーンフ
ィルター1に入射する前の電子ビームKの軌道断面であ
り、断面M2はウィーンフィルター1を射出した後であ
ってスティグメータ13に入射する前の軌道断面であ
り、断面M3はスティグメータ13を射出した後の軌道
断面である。
Next, the effect of aberration correction by the Wien filter according to one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. FIG. 3 is a diagram showing a model of the imaging system of the mapping optical system. Here, at the main axis z of the imaging system, the electron beam K incident on the Wien filter 1 is
Satisfy the Vienna conditions. In the vicinity of the main axis z, the direction of the electromagnetic field (EB
Consider an electron beam K that is incident on a (plane) at equal intervals. After passing through the Wien filter 1, these electron beams K pass through a stigmator 13. here,
The stig meter 13 can correct only the uniform astigmatic difference component generated in the Wien filter 1. Section M in FIG.
Reference numerals 1, M2, and M3 denote sample surfaces for knowing changes in the trajectory of the electron beam K. That is, the cross section M1 is a cross section of the trajectory of the electron beam K before entering the Wien filter 1, the cross section M2 is a cross section of the trajectory after emitting the Wien filter 1 and before entering the stigmator 13, and the cross section M3 Is a track cross section after the stig meter 13 is emitted.

【0021】以下、図4〜6にて、ウィーンフィルター
1の正電極4aと負電極4bとの電極間隔の補正の有無
による各断面M1〜M3での電子ビームKの軌道を示
す。図4は、断面M1での電子ビームKの軌道断面図で
ある。図中の白丸は電子ビームKを表し、破線の交点は
主軸zの位置を表す。ここでは、前述したウィーンフィ
ルター1への入射条件より、縦軸に示す磁場方向Bと、
横軸に示す電場方向Eとに対して、各電子ビームKは等
間隔になっている。
FIGS. 4 to 6 show the trajectories of the electron beam K in the cross sections M1 to M3 depending on whether or not the electrode interval between the positive electrode 4a and the negative electrode 4b of the Wien filter 1 is corrected. FIG. 4 is a trajectory cross-sectional view of the electron beam K at the cross-section M1. The white circles in the figure represent the electron beam K, and the intersections of the broken lines represent the position of the main axis z. Here, from the above-described condition of incidence on the Wien filter 1, the magnetic field direction B shown on the vertical axis,
Each electron beam K is equally spaced with respect to the electric field direction E shown on the horizontal axis.

【0022】図5は断面M2での軌道断面図であり、同
図(A)はウィーンフィルター1の電極間隔の補正をす
る前の状態を示し、同図(B)はウィーンフィルター1
の電極間隔の補正をした後の状態を示す。同図(A)で
は、磁場方向Bにおいて、ウィーン条件とのずれが光線
高に依存して電極方向に流れる偏向を受けている。ま
た、電場方向Eにおいては、主軸よりポテンシャルの高
い領域を通過する電子ビームKは速度が小さくなり、主
軸よりポテンシャルの低い領域では速度が大きくなるた
め、ローレンツ力に差が生じて電場方向に凸パワーとな
るような非点隔差を生じる。これに対して、同図(B)
では、主軸近傍でのウィーン条件を保存したまま電極の
間隔を調整している。具体的には、同図(B)の場合、
電極の間隔を狭める方向に調整することで、設計解に近
似した電場形状を形成している。したがって、同図
(B)では、収差のうち、均一な非点隔差のみが残って
いる。すなわち、スティグメータ13では補正できない
収差を、ウィーンフィルター1の調整によって除去して
いる。
FIG. 5 is a cross-sectional view of the track at the cross section M2. FIG. 5A shows the state before the electrode spacing of the Wien filter 1 is corrected, and FIG.
3 shows a state after the correction of the electrode interval is performed. In FIG. 7A, in the magnetic field direction B, the deviation from the Wien condition is deflected depending on the ray height and flows in the electrode direction. Further, in the electric field direction E, the velocity of the electron beam K passing through the region having a higher potential than the main axis becomes lower, and the speed becomes higher in the region having a lower potential than the main axis. An astigmatic difference that becomes power occurs. On the other hand, FIG.
In, the interval between the electrodes is adjusted while maintaining the Wien condition near the main axis. Specifically, in the case of FIG.
The electric field shape approximate to the design solution is formed by adjusting the distance between the electrodes in the direction of narrowing. Therefore, in FIG. 3B, only the uniform astigmatic difference remains among the aberrations. That is, aberrations that cannot be corrected by the stig meter 13 are removed by adjusting the Wien filter 1.

【0023】図6は断面M3での軌道断面図の一例であ
り、同図(A)は図5(A)の後にスティグメータ13
にて、図4に近い形状になるように非点隔差を補正した
後の状態を示し、同図(B)は図5(B)の後にスティ
グメータ13にて同様の補正をした後の状態を示す。同
図(A)では、スティグメータ13にて非点隔差を補正
した後であっても、図5(A)にて発生した歪みは残っ
てしまう。これに対して、同図(B)では、スティグメ
ータ13によって、図5(B)で残った均一な非点隔差
を好きなだけ除去できるので、写像上歪みのない電子軌
道を得ることができる。
FIG. 6 is an example of a track sectional view at the section M3, and FIG. 6A shows the stig meter 13 after FIG. 5A.
5 shows a state after correcting the astigmatic difference so as to have a shape close to that of FIG. 4, and FIG. 5B shows a state after the same correction is made by the stig meter 13 after FIG. Is shown. In FIG. 5A, the distortion generated in FIG. 5A remains even after the stigmator 13 corrects the astigmatic difference. On the other hand, in FIG. 5B, the stigmator 13 can remove as much of the uniform astigmatic difference remaining in FIG. 5B as much as possible, so that an electron trajectory free from distortion on the map can be obtained. .

【0024】以上のように、本実施例においては、ウィ
ーンフィルター1の電極4a、4bの間隔を調整装置6
c、6dによって調整することで、主に電磁場の不均一
性によって発生する単色収差を光軸近傍において補正す
ることができる。なお、本実施例では、電極4は非磁性
体であるために、電極間隔調整による磁場への影響はな
かったが、電極4を磁性体としたときには、電極4に加
えて磁極2の間隔も調整する必要がある。また、電場や
磁場が、経時で理想形状からずれたときも、本実施例と
同様に、調整装置6a、6b、6c、6dによる電磁極
の間隔調整によって、初期の電磁場形状を維持すること
ができる。
As described above, in this embodiment, the distance between the electrodes 4a and 4b of the Wien filter 1 is adjusted by the adjusting device 6.
By adjusting by c and 6d, it is possible to correct monochromatic aberration mainly caused by non-uniformity of the electromagnetic field near the optical axis. In the present embodiment, since the electrode 4 is a non-magnetic material, there is no influence on the magnetic field by adjusting the electrode interval. However, when the electrode 4 is a magnetic material, the interval between the magnetic poles 2 in addition to the electrode 4 is also increased. Need to adjust. Even when the electric field or the magnetic field deviates from the ideal shape over time, the initial electromagnetic field shape can be maintained by adjusting the intervals between the electromagnetic poles by the adjusting devices 6a, 6b, 6c, and 6d, as in the present embodiment. it can.

【0025】[0025]

【発明の効果】以上のように本発明では、ウィーンフィ
ルターの光軸近傍で発生する単色収差のうち、電磁場の
不均一性によって発生する低次収差成分を簡単に低減で
きる高解像度の荷電粒子線写像光学系を提供することが
できる。また、設計誤差や機械公差を比較的緩くできる
比較的安価な荷電粒子線写像光学系を提供することがで
きる。
As described above, according to the present invention, among monochromatic aberrations generated in the vicinity of the optical axis of a Wien filter, a high-resolution charged particle beam capable of easily reducing low-order aberration components generated due to inhomogeneity of an electromagnetic field. A mapping optics can be provided. Further, it is possible to provide a relatively inexpensive charged particle beam mapping optical system capable of relatively relaxing design errors and mechanical tolerances.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の一実施例による荷電粒子線写像光学系
を示す概略図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a charged particle beam mapping optical system according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例によるウィーンフィルターを
示す概略図である。
FIG. 2 is a schematic view illustrating a Wien filter according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による写像光学系の結像系を
示す概略図である。
FIG. 3 is a schematic diagram showing an imaging system of a mapping optical system according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の一実施例によるウィーンフィルターに
入射する前の電子ビームの軌道を示す断面図である。
FIG. 4 is a cross-sectional view illustrating a trajectory of an electron beam before entering a Wien filter according to an embodiment of the present invention.

【図5】本発明の一実施例によるウィーンフィルターを
射出した後の(A)電極間隔調整前の電子ビームの軌道
を示す断面図と、(B)電極間隔調整後の電子ビームの
軌道を示す断面図である。
5A and 5B are a cross-sectional view illustrating a trajectory of an electron beam before adjusting a distance between electrodes after emitting a Wien filter according to an embodiment of the present invention, and FIG. 5B illustrates a trajectory of an electron beam after adjusting a distance between electrodes. It is sectional drawing.

【図6】本発明の一実施例によるスティグメータを射出
した後の(A)電極間隔調整前の電子ビームの軌道を示
す断面図と、(B)電極間隔調整後の電子ビームの軌道
を示す断面図である。
FIG. 6 is a cross-sectional view showing (A) a trajectory of an electron beam before adjusting an electrode interval after emitting a stigmeter according to an embodiment of the present invention, and (B) shows an trajectory of the electron beam after adjusting the electrode interval. It is sectional drawing.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…ウィーンフィルター 2…対向磁極 2a…N磁極 2b…S磁極 4…対向電極 4a…正電極 4b…負電極 6a、6b、6c、6d…調整装置 13…スティグメータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Wien filter 2 ... Counter magnetic pole 2a ... N magnetic pole 2b ... S magnetic pole 4 ... Counter electrode 4a ... Positive electrode 4b ... Negative electrode 6a, 6b, 6c, 6d ... Adjustment device 13 ... Stigmeter

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】照射線源から発した照射用荷電粒子線を照
射光学系を介して電極対と磁極対を備えたウィーンフィ
ルターに入射させ、該ウィーンフィルターを通過した前
記照射用荷電粒子線を対物光学系を介して試料面に入射
させ、該試料面から放出された観察用荷電粒子線を前記
対物光学系を介して前記ウィーンフィルターに入射さ
せ、該ウィーンフィルターによって前記照射線源に至る
方向とは異なる方向に前記観察用荷電粒子線を導き、前
記ウィーンフィルターを通過した後の前記観察用荷電粒
子線を結像光学系を介して検出手段に入射させる荷電粒
子線写像光学系において、 前記ウィーンフィルターは、内部に形成される電磁場の
形状を調整できるように前記電極対と磁極対のうちの少
なくとも1つを移動する可動部を備えたことを特徴とす
る荷電粒子線写像光学系。
An irradiation charged particle beam emitted from an irradiation source is incident on a Wien filter having an electrode pair and a magnetic pole pair through an irradiation optical system, and the irradiation charged particle beam passing through the Wien filter is irradiated with the irradiation charged particle beam. A direction in which the light is incident on the sample surface via the objective optical system, and the charged particle beam for observation emitted from the sample surface is incident on the Wien filter via the objective optical system, and is directed to the irradiation line source by the Wien filter. In the charged particle beam mapping optical system that guides the charged particle beam for observation in a direction different from that of the observation, and passes the charged particle beam for observation after passing through the Wien filter to a detection unit via an imaging optical system, The Wien filter has a movable portion that moves at least one of the electrode pair and the magnetic pole pair so that the shape of an electromagnetic field formed inside can be adjusted. A charged particle beam mapping optical system.
【請求項2】前記可動部は、前記電極対を電場方向に移
動し、前記磁極対を磁場方向に移動するように形成され
たことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線写像光学
系。
2. The charged particle beam mapping optical system according to claim 1, wherein said movable portion is formed so as to move said electrode pair in an electric field direction and move said magnetic pole pair in a magnetic field direction. .
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