JP2017084537A

JP2017084537A - 電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御方法及び電子ビーム径制御装置、並びに電子ビーム検査・測長装置

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Publication number: JP2017084537A
Application number: JP2015210231A
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Inventors: 忠宏滝川; Tadahiro Takigawa
Original assignee: Dongfang Jingyuan Electron Ltd
Current assignee: Dongfang Jingyuan Electron Ltd
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-05-18
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Also published as: JP6632863B2

Abstract

【課題】電子ビーム径及び電子ビーム電流を迅速に変更可能な電子ビーム検査・測長装置用のビーム径制御方法を提供する。【解決手段】本発明の電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御方法は、電子ビームの収束半値角に応じたサイズで複数のアパーチャＡ１，Ａｏｐｔ，Ａ２が開設されたアパーチャ板９を電子ビームＥＰの光路Ｐに設け、電子銃１から放出された電子ビームを偏向器１１〜１４により偏向して、前記複数のアパーチャの中から前記電子ビームが通過するアパーチャを選択する。【選択図】図２

Description

本発明は、電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御方法及び電子ビーム径制御装置、並びに電子ビーム検査・測長装置に関し、より詳しくは、収束半値角に応じたアパーチャを選択するものに関する。

半導体ウエハやマスク上の微細なパターンを検査・測長する検査・測長装置として真空中で電子ビームを用いるものがあり、近年の半導体デバイスの微細化に伴い、その重要性が高まっている。このような電子ビームを用いる測長・検査装置としては、パターン寸法を測定する寸法測長装置（CD-SEM）、検査装置で検出した欠陥の候補を詳細に観察するレビュー装置（Review SEM）や、計算機等で予め予測した欠陥発生確率の高い領域のパターン欠陥を検出する電子ビーム検査装置（EBI：Electron Beam Inspection）がある。

上記寸法測長装置には、正確に寸法を測長するために、限界まで電子ビームのビーム径を微細化することが要求されている。一方、上記レビュー装置にも、反射電子、二次電子、X線など多様な信号を検出しつつ、微細なパターン欠陥を確実に検出するために、限界まで電子ビームのビーム径を微細化することが要求されている。他方で、電子ビーム検査装置には、従来の光学方式のものに比べて解像度が高いものの、検査速度が極めて遅いという問題があることから、検査の高速化が要求されている。

ここで、電子ビーム検査装置の検査速度を高める方法の一つとして、大きなピクセルサイズと大きな電子ビーム電流を選択して検査領域を高速でスキャンする方法が知られているが、これでは、微細な欠陥を検出することができない。また、検査により欠陥が検出されたときには可及的速やかに欠陥を観察したり、欠陥の寸法を測定することが望ましいが、レビュー装置と寸法測長装置（CD SEM）とにより別個に欠陥観察と寸法測定とを行うのであれば、効率が悪い。このため、検査、レビュー及び測長のうち少なくとも２つの機能を併せ持つ装置の開発が望まれている。

このような少なくとも２つの機能を持つ装置を実現するためには、要求されるピクセルサイズに応じて電子ビーム径と電子ビーム電流とを可及的速やかに変更することができる必要がある。一般に、最適な電子ビーム径は、サンプリング定理によってピクセルサイズの２倍程度となることが知られ、また、試料面上の電子ビーム電流は、電子ビームの収束半値角αの２乗及び電子ビーム径の２乗に概ね比例し、収束半値角αは収束半値角決定用のアパーチャ（以下「アパーチャ」ともいう）のサイズ（径）により決定されることが知られている。

電子ビーム径と電子ビーム電流との変更方法として、電子ビームの収束半値角に応じたサイズのアパーチャを有して光路に設けられるアパーチャ板を複数用意し、機械的な駆動手段によりアパーチャ板を適宜交換して電子ビーム径と電子ビーム電流とを変更することが知られている。

しかしながら、上記従来例のような方法では、真空中に設置することができるアパーチャ板の数には限界があり、しかも、真空中に設置されるアパーチャ板の各々を大気中に設置される駆動手段により交換することになり、真空漏れの危険性が高まるという不具合がある。また、アパーチャの交換速度が遅いと、検査途中でのアパーチャ交換や、１つの視野（FOV：Field of View）内での測定途中でのアパーチャ交換は不可能であった。すなわち、試料全体の検査が終了した後や検査を中断した後（必要に応じてステージを原点位置に戻した後）でなければ、アパーチャを交換することができず、ピクセルサイズに応じて電子ビーム径及び電子ビーム電流を迅速に変更できないという問題があった。

特開２０１２−２３３９８号公報

本発明は、電子ビーム径及び電子ビーム電流を迅速に変更可能な電子ビーム検査・測長装置用のビーム径制御方法及びビーム径制御装置並びに電子ビーム検査・測長装置を提供することをその課題とするものである。

上記課題を解決するために、本発明の電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御方法は、電子ビームの収束半値角に応じたサイズで複数のアパーチャが開設されたアパーチャ板を電子ビームの光路に設け、電子銃から放出された電子ビームを偏向器により偏向して、前記複数のアパーチャの中から前記電子ビームが通過するアパーチャを選択することを特徴とする。

また、上記課題を解決するために、本発明の電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御装置は、電子銃から放出された電子ビームを偏向する偏向器と、電子ビームの光路に設けられて複数のアパーチャが開設されたアパーチャ板と、前記アパーチャを電子ビームが通過するように前記偏向器を制御する制御手段とを備え、前記アパーチャ板は、電子ビームの収束半値角に応じたサイズで前記複数のアパーチャが開設されており、前記制御手段は、前記複数のアパーチャの中から選択されるアパーチャを電子ビームが通過するように、前記偏向器を制御することを特徴とする。

本発明において、前記制御手段は、ピクセルサイズを入力する入力手段と、入力されたピクセルサイズに応じたアパーチャを選択する選択手段とを有することが好ましい。

本発明において、前記偏向器は、電子ビームを光軸から外れるように偏向する第１の偏向器と、第１の偏向器で偏向された電子ビームを振り戻してアパーチャに照射する第２の偏向器と、アパーチャを通過した電子ビームを振り戻す第３の偏向器と、第３の偏向器で降り戻した電子ビームの角度を調整して光軸と一致させる第４の偏向器とを有し、前記制御手段は、前記第１〜第４の偏向器を夫々制御することも可能であるが、第１及び第２の両偏向器、並びに第３及び第４の両偏向器を連動して制御することも可能であり、第１〜第４の偏向器を連動して制御することが最も好ましい。また、前記第１の偏向器の偏向中心にクロスオーバ像を結像することが好ましい。

上記電子ビーム径制御装置を備える本発明の電子ビーム検査・測長装置は、検査・測長される試料と対物レンズとの間のワーキングディスタンスを変更可能なワーキングディスタンス可変手段を更に備えることを特徴とする。後述する図１に示すビーム径と収束半値角との関係を示す曲線はワーキングディスタンスがＷＤ１の場合のものであり、ワーキングディスタンス可変手段によりワーキングディスタンスをＷＤ２に変更した場合、このＷＤ２に対応するビーム径と収束半値角との関係を示す別の曲線が得られ、この曲線に対応した複数のアパーチャを前記アパーチャ板に更に開設しておけば、変更後のワーキングディスタンスＷＤ２に適したアパーチャを選択することができる。

また、電子ビーム径制御装置を備える本発明の電子ビーム検査・測長装置は、アパーチャ板の下方に設けられるダイナミックフォーカスレンズと、前記電子ビームが通過するアパーチャを切り換えたときのビーム電流変動による試料面における焦点位置変動を（クロスオーバのＺ方向の位置変動を）、前記ダイナミックフォーカスレンズのレンズ強度を制御することで補正するレンズ強度制御手段とを更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、電子ビームを偏向器により偏向するという電気的な方法により、アパーチャ板の複数のアパーチャの中から所望の収束半値角に応じたアパーチャを選択するため、電子ビーム径及び電子ビーム電流を迅速に変更することができる。しかも、従来例の如く大気中に設置される機械的な駆動手段を用いる必要がないため、真空漏れが発生することもない。また、電子ビーム検査・測長装置による検査途中に偏向器を制御してアパーチャを変更すれば、電子ビーム径及び電子ビーム電流を変更できるため、１台の装置で、検査、レビュー及び測長のうち少なくとも２つを行うことができる。

収束半値角αと電子ビーム径との関係を示すグラフ。本発明の実施形態の電子ビーム径制御装置を備える電子ビーム検査・測長装置の構成を模式的に示す図。図２に示した収束半値角決定アパーチャ板を模式的に示す平面図。偏向器及び収束半値角決定アパーチャ板との位置関係を示す図。電子ビーム検査・測長装置を用いて検査・測長される領域を示す模式図。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。先ず、電子ビーム検査・測長装置で検査を行う際のピクセルサイズと電子ビーム径との関係は、表１に示すように、電子ビーム径は概ねピクセルサイズの２倍が適切である。

図１は、電子ビームの収束半値角αと電子ビーム径dとの関係を示す。電子ビーム径ｄは、下式（１）で与えられる。
ｄ＝√（ｄ_ｄ ^２＋ｄ_ｓ ^２＋ｄ_ｃ ^２）・・・（１）

上式（１）中、ｄ_ｄは下式（２）で表される回折収差であり、ｄ_ｓは下式（３）で表される球面収差であり、ｄ_ｃは下式（４）で表される色収差である。ここで、λは電子の波長、Ｃ_ｓはレンズの球面収差係数、Ｃ_ｃはレンズの色収差係数である。
ｄ_ｄ＝０．６１λ/α・・・（２）
ｄ_ｓ＝(１／２)Ｃ_ｓα³・・・（３）
ｄ_ｃ＝Ｃ_ｃ(ΔＶ/Ｖ)α・・・（４）

図1に示すように、最小電子ビーム径ｄ_ｍｉｎは、最小電子ビーム径ｄ_ｍｉｎを与える収束半値角α_ｏｐｔによって決まる。収束半値角α_０に応じたサイズ（アパーチャ径）を有するアパーチャＡ_０を用いたときの電子ビーム径をｄ_０とすると、そのときの電子ビーム電流Ｉ_０は下式（５）で与えられる。ここで、Ｂは電子銃の輝度である。
Ｉ_０＝Ｂ(πα₀ｄ_０)^２/４・・・（５）

このようにアパーチャを迅速に変更できれば、検査途中に、ピクセルサイズを変更すると共にアパーチャを変更することにより、電子ビーム径と電子ビーム電流を変更できることが分かる。検査途中にピクセルサイズを変更せずにアパーチャのみを変更することにより、ビーム径とビーム電流を変更することもできる。尚、図１に示すビーム径・収束半値角の曲線は、ワーキングディスタンスがＷＤ１のときに得られるものであり、後述するＺステージ２４によりワーキングディスタンスをＷＤ２に変更した場合には、球面収差係数Ｃｓや色差収差係数Ｃｃが変わるため、ビーム径・収束半値角の曲線も異なるものとなる。以下、アパーチャを迅速に変更可能な電子ビーム検査・測長装置の実施形態について説明する。

図２に示すように、本発明の実施形態の電子ビーム検査・測長装置Ｍは、電子ビームＥＢを放出する電子銃１を備える。電子銃１としては、公知構造を有するショットキータイプのものを用いることができる。電子銃１から放出された電子ビームＥＢは成形アパーチャ２により形が整えられ、コンデンサーレンズ３によりクロスオーバ４が形成される。このクロスオーバ４が偏向中心となるようにブランキング電極５が配置され、このブランキング電極５の下方にはブランキングアパーチャ板６が配置されている。試料面上で電子ビームＥＢをオンにするときは、図示省略の制御回路からブランキング電極５に信号（電圧）を印加せず、電子ビームがブランキングアパーチャ板６の穴６ａを通過する。一方、電子ビームをオフにするときは、ブランキング電極５に電圧を印加して電子ビームを偏向させ、ブランキングアパーチャ板６の穴以外の部分６ｂに当たるようにする。ブランキングアパーチャ板６の下方には、クロスオーバ４をさらに縮小するためのコンデンサレンズ７が設けられ、その下方には、収束半値角可変機構８が設けられている。収束半値角可変機構８は、本発明の電子ビーム径制御装置に対応する。

収束半値角可変機構８は、電子ビームの光路Ｐに設けられる収束半値角アパーチャ板９と、この収束半値角アパーチャ板９の上方（前段）の光路に配置された第１及び第２の偏向器１１，１２と、収束半値角アパーチャ板９の下方（後段）の光路に配置された第３及び第４の偏向器１３，１４と、これら第１〜第４の偏向器を駆動する電気制御回路３０とを備える。図３も参照して、収束半値角アパーチャ板９には、電子ビームの収束半値角α_０，α_１，α_ｏｐｔ，α_２，α_３に応じたサイズ（径）で複数（本実施形態では５個）のアパーチャＡ_０，Ａ_１，Ａ_ｏｐｔ，Ａ_２，Ａ_３が開設されている。収束半値角アパーチャ板９の中央部分に開設されたアパーチャＡ_ｏｐｔは、最小の電子ビーム径ｄ_ｍｉｎを与える収束半値角α_ｏｐｔに応じたサイズを有する。最小の電子ビーム径ｄ_ｍｉｎで電子ビームを形成するためには、収束半値角可変機構８が作る収差の影響を可及的に抑える必要があるため、光軸１０上（即ち、図３に示すアパーチャ板９の中央部分）にアパーチャＡ_ｏｐｔを配置することが有利である。尚、最小電子ビーム径ｄ_ｍｉｎを与えるアパーチャＡ_ｏｐｔのサイズ（径）は、回折収差項（上式（１），（２）のｄ_ｄ項）が大きく寄与するので、必ずしも複数のアパーチャの径のうちの最小の径とはならない。

図４も参照して、電気制御回路３０により第１〜第４の偏向器１１〜１４を制御することで、複数のアパーチャの中から１つのアパーチャが選択され、この選択されたアパーチャを電子ビームが通過する。以下、電子ビーム径の制御方法について説明する。電気制御回路３０は、ピクセルサイズ入力部３０ａを有し、ピクセルサイズ入力部３０ａに入力されたピクセルサイズに応じてアパーチャを選択し、この選択したアパーチャを電子ビームが通過するように偏向器１１〜１４を制御する。偏向器の制御方法は公知であるため、詳細な説明は省略するが、第１の偏向器１１により電子ビームを光軸１０から外れるように偏向し、第２の偏向器１２により電子ビームを振り戻し、選択したアパーチャを光軸１０に平行に照明する。アパーチャを通過した電子ビームは第３の偏向器１３により光軸１０の方向に振り戻され、さらに第４の偏向器１４により光軸１０と一致するように角度調節される。尚、第４の偏向器１４により電子ビームが光軸１０と平行になるよう角度調節してもよいが、光軸１０と一致させる方が収差を可及的に抑制できて有利である。

収束半値角アパーチャ板９の下方にはプロジェクションレンズ１５が配置され、このプロジェクションレンズ１５によりクロスオーバ１６がクロスオーバ１７の位置に結像される。ここで、図示省略する鏡筒中を流れる電子ビームが変化すると、電子間に働くクーロン効果により、焦点距離が変化したり電子ビームがぼけることが知られている。焦点距離がビーム電流に依存して変動する場合には、静電レンズ型のダイナミックフォーカスレンズ２０への印加電圧を制御することで補正できる。即ち、異なる径（寸法）のアパーチャに変更した場合、ダイナミックフォーカスレンズ２０のレンズ強度を変えて焦点距離（フォーカス位置）の変動を補正することができる。ダイナミックフォーカスレンズ２０は、試料面の上下動によるフォーカス位置の変動の補正や、偏向を行ったときの像面湾曲の補正などに使用されるが、このようなクーロン効果によるフォーカス位置の変動の補正にも使用することができる。電子ビームは、偏向器１８により試料面（ウエハ表面）１９を走査される。対物レンズ２１はクロスオーバ１７を試料面１９に結像される。解像度向上を目的とし、試料２２にリターディング電圧を印加してもよく、これにより、試料面１９での電子ビームの加速電圧は、例えば１ｋＶ以下のレベルまで低下される。また、試料面１９で発生した二次電子を引き出すために、対物レンズ２１に対してブースティング電圧が印加されている。引き出された二次電子と反射電子は、対物レンズ２１のポールピースに印加されたブースティング電位により加速されて鏡筒内に侵入し、鏡筒内を進み、検出器２３により検出される。試料たるウエハは、光軸１０に直交するＸＹ平面を移動自在なＸＹステージ２５上に保持される。

次に、電子ビーム検査・測長装置Ｍの制御系について説明する。制御系は、高速収束半値角可変機構８の偏向器１１〜１４を駆動するための電気制御回路３０と、検出器２３からの画像情報を処理する処理回路３１と、偏向器１８を駆動するための電子回路３２と、ダイナミックフォーカスを行うための電子制御回路３３と、ブースティング電圧を印加するための制御回路３４と、リターディング電圧を印加するための制御回路３５と、Ｚステージ２４及びＸＹステージ２５の制御回路３６と、ＸＹステージ２５の位置を検出するレーザ干渉計２６からの信号を処理する処理回路３７を備え、これらの回路は制御部３８により統括制御される。なお、ダイナミックフォーカスレンズ２０とその制御回路３３を設けず、ブースティング用制御回路３４及び／又はリターディング用制御回路３５により焦点距離の変動を補正するように構成してもよい。

ここで、最近急激にデザインベース検査・メトロロジー技術が発展している。計算機等によるマスクデータの検証の結果、明らかにマスクやウェハの製造プロセスの揺らぎにより、欠陥となりやすいパターン（脆弱なパターン）の情報や、過去に脆弱な（プロセスマージンの狭い）パターンであると判定されたライブラリ情報などの大量の情報が得られる。新規設計GDSチップパターンとこれら脆弱パターン情報をパターンマッチングの手法により比較する。このような比較処理により、新規設計GDSチップパターンの中でどの領域が脆弱パータンであるか予測が可能である。また、検査装置から出力された大量の欠陥が本当に欠陥であるかGDSパターンごとに分類し、欠陥と認識される頻度が高いパターンがある領域はさらに解像度を上げたモードで検査する必要がある。尚、上記比較処理により予測される脆弱パターンの領域の情報を制御部３７に入力し、当該領域のピクセルサイズを小さく設定し、設定値がピクセルサイズ入力部３０ａに入力されるように構成することができる。以下、ピクセルサイズに応じたアパーチャの切換方法を含めた検査方法について説明する。

図５は、検査領域の一例であるチップＣＨを示す。チップＣＨの領域Ｃ１は、脆弱パターン領域であるものの、高い解像度で詳細な検査を行う優先順位は低く、低い解像度の粗い検査で十分な領域である。領域Ｃ２は、脆弱パターン領域であるが、中程度の解像度での精細な検査が必要な領域である。領域Ｃ３は、領域Ｃ１の検査によりレビューが必要とみなされた領域であり、高い解像度での精細な検査が必要な領域である。この場合、領域Ｃ１に対しては、大きなピクセルサイズかつ大きなFOVで検査を行う。ピクセル数が1024とすると、ピクセルサイズ１ｎｍならFOVは約１μｍで偏向振幅も約１μｍであり、ピクセルサイズを５ｎｍとするとFOVは５μｍ（偏向ふり幅も５μｍ）となる。領域Ｃ１をピクセルサイズ５ｎｍ、FOV５μｍ、ビーム径１０ｎｍで検査する場合、ビーム径１０ｎｍを得るために、収束半値角α_３に応じたサイズのアパーチャＡ_３を選択し、このアパーチャＡ_３を通過した電子ビームにより検査を行う。この場合、上記検査領域の情報が制御部３７に入力され、これと併せて、領域Ｃ１〜Ｃ３の夫々のピクセルサイズがピクセルサイズ入力部３０ａに入力される。尚、制御部３７により各領域のピクセルサイズを決定し、決定したピクセルサイズをピクセルサイズ入力部３０ａに入力するように構成してもよい。

領域Ｃ１の検査が終了すると、続いて、領域Ｃ３の検査に移る。この領域Ｃ３は、ピクセルサイズ１ｎｍ、ビーム径２ｎｍ、FOV１μｍ（偏向ふり幅も１μｍ）で検査する。このとき、ビーム径２ｎｍを得るために、収束半値角α_optに応じたサイズのアパーチャＡ_optを選択し、このアパーチャＡ_optを通過した電子ビームにより検査を行う。領域Ｃ３の検査が終了すると、続いて、領域Ｃ２の検査に移る。この領域Ｃ２は、中程度の精細さが必要であるため、ピクセルサイズ３ｎｍ、ビーム径６ｎｍ、FOV３μｍ（偏向ふり幅も３μｍ）で検査する。このとき、ビーム径６ｎｍを得るために、収束半値角α_０に応じたサイズのアパーチャＡ_２を選択し、このアパーチャＡ_２を通過した電子ビームにより検査を行う。このように、通常は異なる装置を用いて、低精度の粗い検査と高精度の詳細な検査を別々に行っていたが、上記電子ビーム検査・測長装置では、迅速にアパーチャの切り替えができるため、粗い検査の後に直ちに詳細検査を行うことができる。

また、上記Ｚステージ２４によりウェハ表面の高さが調節可能であるため、Ｚステージ２４を用いることで、対物レンズとウエハ表面との間のワーキングディスタンスを可変にできる。寸法測長（CD SEM）の場合には、ワーキングディスタンス（WD）を可能な限り短くし、球面収差係数の小さなレンズを設計することにより、ビーム径を極限まで小さく絞り、精度の高い寸法測長が可能となる。寸法測長を行う場合、ワーキングディスタンスは2ｍｍ〜３ｍｍの範囲に設定することが有利である。他方、欠陥検査を行う場合には、高速でビームを走査する必要があるため、ビーム径は極限まで絞る必要がなく、その代わり大きな偏向が要求される。この場合、ワーキングディスタンスは５ｍｍ以上に設定することが有利である。また、レビューを行う場合のワーキングディスタンスは、寸法測長と欠陥検査の中間に設定することが好ましい。このため、欠陥検査モードで大きなワーキングディスタンスでウェハの指定場所（Ｃ１）を検査し、欠陥がありそうな場所（Ｃ３）をピクセルサイズとビーム寸法を小さく変えて精査（レビュー）する。このレビューモード（測長モードも同様）では、ワーキングディスタンスを短くすることが好ましい。このように、検査モード、レビューモード、寸法測長モードに応じて、上記ピクセルサイズに応じたアパーチャを選択してビーム径及び電子ビーム電流に変更するのに加えて、ワーキングディスタンスをも最適化することで、１台の装置Ｍにより効率よく検査・測長を行うことができる。検査モードでワーキングディスタンスＷＤ１の場合には図１に示すビーム径・収束半値角曲線が得られ、レビューモードでワーキングディスタンスをＷＤ２に切り替えたときは新たなビーム径・収束半値角曲線が得られる。従って、ワーキングディスタンスＷＤ２に対応する複数のアパーチャを開設し、レビューモードに適した収束半値角を選択する必要がある。このため、図３には検査モード用の複数のアパーチャが開設されたアパーチャ板９を示したが、このアパーチャ板９にレビューモード用の複数のアパーチャを更に開設し、偏向により選択できるように構成すればよい。

以上説明したように、本実施形態によれば、電子ビームを偏向器１１〜１４により偏向するという電気的な方法により、アパーチャ板９の複数のアパーチャの中から所望の収束半値角に応じたアパーチャを選択するため、電子ビーム径及び電子ビーム電流を迅速に変更することができる。しかも、従来例の如くアパーチャを機械的に移動させる場合に必要であった真空シールが不要となり、真空シールの劣化による真空漏れが発生することもない。また、電子ビーム検査・測長装置Ｍによる検査・測長途中に偏向器１１〜１４を制御してアパーチャを変更すれば、電子ビーム径及び電子ビーム電流を変更できるため、１台の装置で、検査、レビュー及び測長のうち少なくとも２つを行うことができる。

尚、上記実施形態では、４つ（４段）の偏向器を制御してアパーチャを選択する場合を例に説明したが、アパーチャ板９を挟んで上下に少なくとも１つの偏向器があればアパーチャを選択できる構成を実現することができる。但し、上記実施形態ではアパーチャを通過した電子ビームを光軸と一致させるため、収差を少なくできて有利である。

さらに、図２に示すように、第１の偏向器１１の偏向中心にクロスオーバ像１６を結像すれば、アパーチャをダイナミックに切り替えても、プロジェクションレンズ１５の作るクロスオーバ像１７や試料面１９上のクロスオーバ像２７のＸＹ平面上の位置は変動しない。アパーチャを切り替えた際、これらのクロスオーバ像１７，２７のＸＹ平面上の位置が変動すると、ビームの位置補正をしなければならず、スループットが低下して実用的な装置でなくなる。図２に示すように第１の偏向器１１の偏向中心にクロスオーバ像１６を結像することで、第１の偏向器１１をブランキング偏向器５として兼用することができるため、ブランキング偏向器５及びブランキング板６を省略することができて有利である。

Ｍ…電子ビーム検査・測長装置、Ｗ…ウエハ（試料）、１…電子銃、８…収束半値角可変機構（電子ビーム径制御装置）、９…収束半値角アパーチャ板（アパーチャ板）、α_０，α_１，α_opt，α_２，α_３…収束半値角、Ａ_０，Ａ_１，Ａ_ｏｐｔ，Ａ_３，Ａ_４…アパーチャ、１０…光軸、１１…第１の偏向器、１２…第２の偏向器、１３…第３の偏向器、１４…第４の偏向器、２０…ダイナミックフォーカスレンズ、２１…対物レンズ、２４…Ｚステージ（ワーキングディスタンス可変手段）、３０…電気制御回路（制御手段）、３０ａ…ピクセルサイズ入力部（入力手段）、３３…制御回路（レンズ強度制御手段）。

Claims

電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径を制御する方法において、
電子ビームの収束半値角に応じたサイズで複数のアパーチャが開設されたアパーチャ板を電子ビームの光路に設け、電子銃から放出された電子ビームを偏向器により偏向して、前記複数のアパーチャの中から前記電子ビームが通過するアパーチャを選択することを特徴とする電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御方法。
電子銃から放出された電子ビームを偏向する偏向器と、電子ビームの光路に設けられて複数のアパーチャが開設されたアパーチャ板と、前記アパーチャを電子ビームが通過するように前記偏向器を制御する制御手段とを備えた電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御装置であって、
前記アパーチャ板は、電子ビームの収束半値角に応じたサイズで前記複数のアパーチャが開設されており、
前記制御手段は、前記複数のアパーチャの中から選択されるアパーチャを電子ビームが通過するように、前記偏向器を制御することを特徴とする電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御装置。
前記制御手段は、ピクセルサイズを入力する入力手段と、入力されたピクセルサイズに応じたアパーチャを選択する選択手段とを有することを特徴とする請求項２記載の電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御装置。
前記偏向器は、電子ビームを光軸から外れるように偏向する第１の偏向器と、第１の偏向器で偏向された電子ビームを振り戻してアパーチャに照射する第２の偏向器と、アパーチャを通過した電子ビームを振り戻す第３の偏向器と、第３の偏向器で降り戻した電子ビームの角度を調整して光軸と一致させる第４の偏向器とを有し、
前記制御手段は、前記第１〜第４の偏向器を夫々あるいは複数の偏向器を連動して制御することを特徴とする請求項２又は３記載の電子ビーム検査・測長装置用の電子ビーム径制御装置。
請求項２〜４の何れか１項記載の電子ビーム径制御装置を備える電子ビーム検査・測長装置において、検査・測長される試料と対物レンズとの間のワーキングディスタンスを変更可能なワーキングディスタンス可変手段を更に備え、
前記アパーチャ板には、異なるワーキングディスタンスに対応する複数のアパーチャが開設されていることを特徴とする電子ビーム検査・測長装置。
請求項２〜４の何れか１項記載の電子ビーム径制御装置を備える電子ビーム検査・測長装置において、アパーチャ板の下方に設けられるダイナミックフォーカスレンズと、前記電子ビームが通過するアパーチャを切り換えたときのビーム電流変動による試料面における焦点位置変動を、前記ダイナミックフォーカスレンズのレンズ強度を制御することで補正するレンズ強度制御手段とを更に備えることを特徴とする電子ビーム検査・測長装置。
前記第１の偏向器の偏向中心にクロスオーバ像を結像することを特徴とする請求項４記載の電子ビーム検査・測長装置。