JP2020140928A - 荷電粒子マルチビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】像面湾曲を補正できる荷電粒子マルチビーム装置を提供する。【解決手段】荷電粒子マルチビーム装置は、荷電粒子源と、荷電粒子ビームを平行化するコリメータレンズと、平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成するとともに、当該マルチビームの各々を１つの面上に集光してマルチ光源を形成するマルチ光源形成部と、マルチ光源を試料面上に縮小投影する縮小投影光学系と、を備える。マルチ光源形成部は、光軸方向に並んで配置された第１〜第３多孔電極を有する。第１〜第３多孔電極には、それぞれ、マルチビームを通過させる複数の孔が形成されている。第１多孔電極と第３多孔電極は同電位であり、第２多孔電極は第１多孔電極および第３多孔電極とは異なる電位である。マルチ光源が位置する面が荷電粒子源側に凸の形状となるように、第２多孔電極上の孔の径は、光軸から離れるほど大きく形成されている。【選択図】 図１

Description

本発明は、荷電粒子マルチビーム装置に関する。

従来の半導体検査装置は、１００ｎｍデザインルールに対応した装置と技術であった。しかし、検査対象の試料は、ウエハ、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ＮＩＬ（ナノインプリントリソグラフィ）マスクおよび基板と多様化しており、現在は試料が５〜３０ｎｍのデザインルールに対応した装置および技術が求められている。すなわち、パターンにおけるＬ／Ｓ（ライン／スペース）またはｈｐ（ハーフピッチ）のノードが５〜３０ｎｍの世代に対する対応が求められている。このような試料を検査装置で検査する場合、高分解能を得ることが必要になる。

ここで試料とは、露光用マスク、ＥＵＶマスク、ナノインプリント用マスク（およびテンプレート）、半導体ウエハ、光学素子用基板、光回路用基板などである。これらは、パターンを有するものとパターンが無いものとがある。パターンが有るものは、凹凸の有るものと無いものとがある。凹凸の無いパターンは、異なった材料によるパターン形成がなされている。パターンが無いものには、酸化膜がコーティングされているものと、酸化膜がコーティングされていないものとがある。

試料の表面の性状に応じて変化する二次荷電粒子を捕捉して画像データを形成し、その画像データに基づいて試料の表面に形成されたパターン等を高いスループットで検査する写像投影方式による電子線検査装置が既に提案されている。

このような電子線検査装置には、試料に対して１本の電子ビームを照射するものもあるし、複数本の電子ビームを照射するものもある。後者の場合、電子ビーム発生装置が複数本の電子ビームを発生させる必要がある。特許文献１には、複数の開口が形成された絞りが設けられ、この複数の開口に１本の電子ビームを通過させることで複数本の電子ビームに分離する構成が開示されている。分離された複数本の電子ビームの各々は多孔電極群を通過することにより１つの面上に集光されてマルチ光源が形成され、このマルチ光源が縮小光学系により試料面上に縮小投影される。

特表２００９−５０７３５１号公報

ところで、理想的な光学系では、図２３に示すように、平面の物面（マルチ光源）の像面が平面となるが、実際の光学系では、図２４に示すように、像面湾曲の影響により、平面の物面（マルチ光源）の像面はレンズ側に凹の曲面となり、すなわち光軸から離れるほどビームの焦点位置がレンズ側にずれるため、光軸から離れるほど試料面上における像のボケが大きくなるという問題がある。

像面湾曲を補正するために、特許文献１では、互いに向かい合う多孔電極の表面を曲面で形成し、各孔の電極間距離を光軸から離れるほど長くすることで、物面（マルチ光源）の形状を上流側に凸の向きで湾曲させることが提案されている。しかしながら、このような構成では、多孔電極の表面が曲面であることから、多孔電極間の電界が複雑になり、ビームが曲がるおそれがある。また、多孔電極自体の製作も難しくなる。

本発明は、以上のような点を考慮してなされたものである。本発明の目的は、像面湾曲を補正できる荷電粒子マルチビーム装置を提供することにある。

本発明の第１の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置は、
荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、
前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを平行化するコリメータレンズと、
前記平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成するとともに、当該マルチビームの各々を１つの面上に集光してマルチ光源を形成するマルチ光源形成部と、
前記マルチ光源を試料面上に縮小投影する縮小投影光学系と、
を備え、
前記マルチ光源形成部は、前記荷電粒子源側から順に光軸方向に並んで配置された第１〜第３多孔電極を有し、
前記第１〜第３多孔電極には、それぞれ、マルチビームを通過させる複数の孔が形成されており、
前記第１多孔電極と前記第３多孔電極は同電位であり、前記第２多孔電極は前記第１多孔電極および前記第３多孔電極とは異なる電位であり、
前記マルチ光源が位置する面が前記荷電粒子源側に凸の形状となるように、前記第２多孔電極上の孔の径は、光軸から離れるほど大きく形成されている。

このような態様によれば、光軸から離れるほど第２多孔電極上の孔の径が大きく形成されており、マルチ光源が位置する面（物面）が荷電粒子源側に凸の形状となるため、光軸から離れるほど光源の位置が縮小光学系（レンズ）側に近づくことになり、これにより、光軸から離れるほど像面の位置はレンズとは逆側にシフトすることになる。したがって、光軸から離れるほど焦点位置がレンズ側にシフトするという像面湾曲の影響を相殺して補正することができ、これにより、光軸から離れた位置であっても試料面上における像のボケを低減することができる。また、第１多孔電極と第３多孔電極とが同電位であるため、電源の数が少なくて済む。

本発明の第２の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置は、第１の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置であって、
前記第１〜第３多孔電極のうち前記複数の孔が形成されている部分は、それぞれ、平板形状を有する。

このような態様によれば、第１〜第３多孔電極の複数の孔が形成されている部分を曲面形状にする場合に比べて、多孔電極自体の製作が容易である。

本発明の第３の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置は、第１または２の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置であって、
前記第１多孔電極と前記第３多孔電極とはインロー構造で組み付けられている。

このような態様によれば、第１多孔電極と第３多孔電極の位置合わせが容易である。

本発明の第４の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置は、第１〜３のいずれかの態様に係る荷電粒子マルチビーム装置であって、
前記マルチ光源形成部において、前記第１電極より前記荷電粒子源側には、前記平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成する多孔絞りが設けられている。

本発明の第５の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置は、第１〜３のいずれかの態様に係る荷電粒子マルチビーム装置であって、
前記マルチ光源形成部において、前記第１多孔電極が、前記平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成する。

このような態様によれば、多孔絞りを省略できるため、構造が簡易である。

本発明の第６の態様に係る荷電粒子マルチビーム装置は、第１〜５のいずれかの態様に係る荷電粒子マルチビーム装置であって、
前記第２多孔電極は光軸からの距離に応じて複数の領域に区分けされており、各領域は光軸からの距離が異なる孔を少なくとも２つ含んでおり、
領域ごとに孔の径が同一に揃えられており、光軸から離れた領域ほど孔の径が大きくなっている。

このような態様によれば、領域ごとに孔の径が同一に揃えられているため、構造が簡易である。

本発明の第７の態様に係る方法は、第１〜６のいずれかの態様に係る荷電粒子マルチビーム装置における第２多孔電極の孔の径を決める方法であって、
縮小投影光学系の像面湾曲係数Ａをシミュレーションまたは実験により求めるステップと、
第２多孔電極の孔の内径Φと焦点位置のズレ量Δｚоとの関係をシミュレーションで求め、下式１Ａにて近似することにより、近似関数の係数ａ、ｂ、ｃを求めるステップと、
縮小投影光学系における物面の軸上電位Φ_o、像面の軸上電位Φ_iを用いて、下式２Ａを満たすように、光軸から距離ｒоにある第２多孔電極の孔の径Φを決めるステップと、
を含む。

本発明の第８の態様に係る方法は、第１〜６のいずれかの態様に係る荷電粒子マルチビーム装置における第２多孔電極の孔の径を決める方法であって、
縮小投影光学系の像面湾曲係数Ａをシミュレーションまたは実験により求めるステップと、
第２多孔電極の孔の内径Φと焦点位置のズレ量Δｚоとの関係をシミュレーションで求め、下式３Ａにて近似することにより、近似関数の係数ａ_n、ａ_n-1、・・・、ａ₁、ａ（ｎは３以上の自然数）を求めるステップと、
縮小投影光学系における物面の軸上電位Φｏ、像面の軸上電位Φｉを用いて、下式４Ａを満たすように、光軸から距離ｒоにある第２多孔電極の孔の径Φを決めるステップと、
を含む。

本発明によれば、像面湾曲を補正できる荷電粒子マルチビーム装置を提供できる。

図１は、一実施の形態に係る荷電粒子マルチビーム装置の概略構成を示す図である。 図２は、マルチ光源形成部の構成の一例を示す概略図である。 図３は、マルチ光源形成部における孔の配置の一例を示す平面図である。 図４は、マルチ光源形成部における孔の配置の別例を示す平面図である。 図５は、マルチ光源形成部の構成の一変形を示す概略図である。 図６は、マルチ光源と像面の形状を説明するための図である。 図７は、比較例に係るマルチ光源形成部の構成を示す概略図である。 図８は、比較例におけるマルチ光源と像面の形状を説明するための図である。 図９は、図３に示す配置の孔を通過した各マルチビームの、試料面上でのスキャン領域を示す平面図である。 図１０は、図４に示す配置の孔を通過した各マルチビームの、試料面上でのスキャン領域を示す平面図である。 図１１は、光学系における物面と像面との位置関係を説明するための図である。 図１２は、像面湾曲による像面のシフト量を説明するための図である。 図１３は、像面湾曲を補正するために必要な各マルチ光源のシフト量を説明するための図である。 図１４は、多孔電極群の計算モデルを説明するための図である。 図１５は、図１４に示す計算モデルにおいて、第２多孔電極の孔の内径が０．０５ｍｍの場合と０．１０ｍｍの場合のビームの焦点位置を示すグラフである。 図１６は、図１４に示す計算モデルにおいて、第２多孔電極の孔の内径と焦点位置のズレ量との関係を示すグラフである。 図１７は、第２多孔電極の孔の内径の計算条件を示す図である。 図１８は、第２多孔電極の孔の内径の計算条件を示す図である。 図１９は、第２多孔電極の孔の内径の計算結果を示すテーブルである。 図２０は、複数の領域に区分けされた多孔電極の第１例を示す平面図である。 図２１は、複数の領域に区分けされた多孔電極の第２例を示す平面図である。 図２２は、複数の領域に区分けされた多孔電極の第３例を示す平面図である。 図２３は、像面湾曲がない理想的な光学系を示す模式図である。 図２４は、像面湾曲がある実際な光学系を示す模式図である。 図２５Ａは、第１〜第３多孔電極の組立構造の一例を説明するための縦断面図である。 図２５Ｂは、図２５Ａに示す組立構造を横方向から見た側面図である。 図２５Ｃは、図２５Ａに示す組立構造における第２多孔電極２２ｂの平面図である。

以下に、添付の図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。なお、以下の説明および以下の説明で用いる図面では、同一に構成され得る部分について、同一の符号を用いるとともに、重複する説明を省略する。

＜荷電粒子マルチビーム装置の構成＞
図１は、一実施の形態に係る荷電粒子マルチビーム装置１０の概略構成を示す図である。なお、以下では、荷電粒子マルチビーム装置１０の一例として、電子線マルチビーム装置について説明するが、電子線マルチビーム装置はあくまでも一例であり、本実施の形態に係る荷電粒子マルチビーム装置は、電子線マルチビーム装置に限定されるものではなく、たとえば、イオンマルチビーム装置であってもよい。また、荷電粒子ビーム装置１０の処理対象である試料３０は、シリコンウエハ、ガラスマスク、半導体基板、半導体パターン基板、または金属膜を有する基板などであってもよい。

図１に示すように、荷電粒子マルチビーム装置１０は、試料３０を保持する不図示のステージと、ステージ上の試料３０に荷電粒子マルチビームを照射する１次光学系１０ａと、試料３０からの信号電子（二次電子、反射電子など）の拡大像を検出器１１９に結像させる２次光学系１０ｂとを有している。

このうち１次光学系１０ａは、荷電粒子マルチビームを生成し、ステージ上の試料３０に向けて照射する構成である。図１に示す例では、１次光学系１０ａは、荷電粒子源１１と、コリメータレンズ１２と、マルチ光源形成部１３と、転送レンズ１４および対物レンズ１７を含む縮小投影光学系と、スキャン偏向器１５と、ビーム分離器１６とを有している。

荷電粒子源１１は、不図示のコラム（真空管）の一端に設けられており、コラム内に荷電粒子ビーム（たとえば電子線）を放出する。荷電粒子源１１としては、たとえば、特開２０１２−２５３００７に記載されたような、レーザ光源と光電面とを有する光電子源を使用することができる。光電子源に使用される光電面構造は、高効率を実現できる。なお、荷電粒子源１１としては、荷電粒子ビーム（たとえば電子線）を放出できるものであれば、光電子源に限定されず、たとえば、ＬａＢ₆などの電子銃を使用することもできる。

コリメータレンズ１２は、荷電粒子源１１の近傍に配置されており、荷電粒子源１１から放出された荷電粒子ビームを平行化して、マルチ光源形成部１３へと導く。

マルチ光源形成部１３は、コリメータレンズ１２よりビーム下流側に配置されており、マルチ光源形成部１３には、マルチビームを通過させる複数の孔が形成されている。図２は、マルチ光源形成部１３における孔の配置の一例を示す平面図である。コリメータレンズ１２により平行化された荷電粒子ビームは、マルチ光源形成部１３に形成された複数の孔を通過することにより、複数に分離されてマルチビームが形成されるとともに、分離されたマルチビームの各々が仮想的な１つの面上に集光（フォーカス）されてマルチ光源が形成される。

なお、図３に示す例では、マルチ光源形成部１３において、マルチビームを通過させる複数の孔が四角格子状（マトリクス状）に配置されているが、複数の孔が互いに等間隔（等ピッチ）で配置されている限りでは、複数の孔の配置は四角格子状（マトリクス状）に限定されるものではなく、たとえば、図４に示すように、三角格子状であってもよい。

マルチ光源形成部１３の詳細な内部構成については後述する。

縮小投影光学系は、マルチ光源形成部１３よりビーム下流側に配置されており、マルチ光源形成部１３により形成されたマルチ光源を、ステージ上の試料３０面上に縮小投影する。図示された例では、縮小投影光学系は、転送レンズ１４と対物レンズ１７とを有している。

スキャン偏向器１５は、転送レンズ１４と対物レンズ１７との間に配置されており、マルチビームの進行方向をＸＹ方向に偏向させることで、マルチビームにより試料３９面上を走査させる。

図９は、図３に示すような四角格子状（マトリクス状）の配置の孔を通過した各マルチビームの、試料３０面上でのスキャン領域を示す平面図である。また、同様に、図１０は、図４に示すような三角格子状の配置の孔を通過した各マルチビームの、試料面上でのスキャン領域を示す平面図である。図３、４および図９、１０を参照し、マルチ光源形成部１３における隣り合う２つの孔の中心間隔ΔＸ１と、試料３０面上での隣り合う２つのスキャン領域の中心間隔ΔＸ２との間には、転送レンズ１４と対物レンズ１７とを含む縮小光学系の倍率Ｍを用いて、ΔＸ２＝Ｍ×ΔＸ１の関係がある。

ビーム分離器１６は、Ｅ×Ｂフィルタである。ビーム分離器１６は、スキャン偏向器１５と対物レンズ１７との間に配置されており、スキャン偏向器１５を通過したマルチビームを、試料３０に対してほぼ垂直に入射するように通過させるとともに、試料３０から放出された信号電子（二次電子、反射電子など）を、入射マルチビームの光軸とは異なる角度に偏向して２次光学系１０ｂへと導く。

図１に示すように、２次光学系１０ｂは、投影レンズ１８と、検出器１９とを有している。

投影レンズ１８は、試料３０から放出されて対物レンズ１７とビーム分離器１６とを（入射マルチビームとは逆向きに）通過した信号電子を、検出器１９へと投影する。

検出器１９は、投影レンズ１８により導かれた信号電子を検出するカメラであり、その表面に複数のピクセルを有している。マルチ検出器１９には、さまざまな二次元型センサを適用することができる。たとえば、マルチ検出器１９には、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）やＴＤＩ（Ｔｉｍｅ Ｄｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）−ＣＣＤが適用されてもよい。これらは、電子を光に変換してから信号検出を行うセンサであり、光電変換やシンチレータを用いて電子が光に変換されたのち、光の像情報が光を検知するＴＤＩに伝達されて検出される。検出器１９からの画像信号は、不図示の画像処理装置へと送られ、画像処理により試料３０の表面の欠陥検出または欠陥判定が行われる。

＜マルチ光源形成部の構成＞
次に、マルチ光源形成部の詳細な内部構成について説明する。図２は、マルチ光源形成部１３の構成の一例を示す概略図である。

図２に示すように、マルチ光源形成部１３は、光軸方向に並んで配置された多孔絞り２１と複数（図示された例では３枚）の多孔電極２２ａ〜２２ｃとを有している。多孔絞り２１と各多孔電極２２ａ〜２２ｃには、それぞれ、マルチビームを通過させる複数の孔が形成されている。以下、複数の多孔電極２２ａ〜２２ｃを、荷電粒子源１１側（ビーム上流側）から順に第１〜第３多孔電極と呼ぶことがある。各多孔電極２２ａ〜２２ｃのうち少なくとも複数の孔が形成されている部分は、それぞれ、平板形状を有している。なお、図示された例では、多孔電極２２ａ〜２２ｃの数が３枚であるが、これに限定されるものではなく、４枚以上であってもよい。

図示された例では、多孔絞り２１は、第１多孔電極２２ａより荷電粒子源１１側（ビーム上流側）に配置されており、コリメータレンズ１２にて平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成する。多孔絞り２１の孔を通過して分離されたマルチビームの各々が第１多孔電極２２ａの孔へと入射する。

一変形例として、図５に示すように、マルチ光源形成部１３から多孔絞り２１が省略され、複数の多孔電極２２ａ〜２２ｃのうち最も荷電粒子源１１側（ビーム上流側）に配置された第１多孔電極２１が、平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成してもよい。この場合、第１多孔絞り２２ａの孔を通過して分離されたマルチビームの各々が第２多孔電極２２ｂの孔へと入射する。多孔絞り２１を省略できるため、構造が簡易である。

図２５Ａは、第１〜第３多孔電極２２ａ〜２２ｃの組立構造の一例を説明するための縦断面図である。図２５Ｂは、図２５Ａに示す組立構造を横方向から見た側面図である。図２５Ｃは、図２５Ａに示す組立構造における第２多孔電極２２ｂの平面図である。なお、図２５Ｃでは、マルチビームが通過する複数の孔のうち、中心の孔のみが代表して図示されており、他の孔の図示は省略されている。

図２５Ａ〜図２５Ｃに示す例では、第１多孔電極２２ａは、平板形状を有する円板部と、円板部の縁部から下方に延びる横壁部とを有しており、マルチビームが通過する複数の孔は、円板部に形成されている。

第２多孔電極２２ｂは、円板形状を有しており、第２多孔電極２２ｂの縁部には、径方向に突出する複数（図示された例では４本）の電圧供給ピン２２ｂ１が設けられている。第１多孔電極２２ａの横壁部に形成された貫通孔に、絶縁物２２ｂ２を介して、第２多孔電極２２ｂの電圧供給ピン２２ｂ１が通されることで、第１多孔電極２２ａと第２多孔電極２２ｂとは容易に位置合わせされた状態で組み付けられるようになっている。

第３多孔電極２２ｃは、円板形状を有しており、第３多孔電極２２ｃの縁部が、第１多孔電極２２ａの横壁部の先端部に嵌め合わされることにより、第１多孔電極２２ａと第３多孔電極２２ｃとはインロー構造で組付けられている。これにより、第１多孔電極２２ａと第３多孔電極２２ｃの位置合わせが容易となっている。第１多孔電極２２ａと第３多孔電極２２ｃとはインロー構造で組付けられていることで、第１多孔電極２２ａと第３多孔電極２２ｃとは同電位となっており、これにより、電源の数が２つで済むようになっている。

第１〜第３多孔電極２２ａ〜２２ｃにはそれぞれ所定の電圧が印加されている。一例として、第１多孔電極２２ａおよび第３多孔電極２２ｃは同電位であり、第２多孔電極２２ｂには、第１多孔電極２２ａおよび第３多孔電極２２ｃの電位より高い電位（プラス電位）が印加されている。一変形として、第１多孔電極２２ａおよび第３多孔電極２２ｃは同電位であり、第２多孔電極２２ｂには、第１多孔電極２２ａおよび第３多孔電極２２ｃの電位より低い電位（マイナス電位）が印加されていてもよい。第１〜第３多孔電極２２ａ〜２２ｃ間にはその電位差に応じて所定の大きさ・形状の電界が形成されており、第１〜第３多孔電極２２ａ〜２２ｃの各孔を通過するマルチビームの各々は、多孔電極２２ａ〜２２ｃ間に形成された電界の影響により、仮想的な１つの面上に集光（フォーカス）されて、当該仮想的な１つの面上に位置する複数の光源（マルチ光源）が形成される。

本実施の形態では、図２および図５に示すように、マルチ光源が位置する面が荷電粒子源１１側（ビーム上流側）に凸の形状となるように、少なくとも１つの多孔電極（図示された例では第２多孔電極２２ｂ）上の孔の径が、光軸（すなわちコリメータレンズ１２にて平行化された荷電粒子ビームの中心線、以下ｚ軸ともいう）から離れるほど大きく形成されている。

より詳しくは、少なくとも１つの多孔電極（図示された例では第２多孔電極２２ｂ）上の孔の径は、以下の計算に基いて決定されている。

すなわち、図１１を参照し、レンズ光学系（すなわち縮小投影光学系）において、物面でのシフト量Δｚ_oと像面でのシフト量Δｚ_iとの間には、レンズの倍率Ｍ、物面の軸上電位Φ_o、像面の軸上電位Φ_iを用いて、下式１の関係がある。

また、図１２を参照し、像面湾曲収差ｄ_FCは、像面湾曲収差係数Ａ、像面開角α_i、像面での中心からの距離ｒ_iを用いて、下式２で表すことができる。ここで、像面湾曲収差係数Ａはシミュレーションや実験から求めることが可能である。

同様に、像面湾曲による像面のシフト量Δｚ_FCは、像面湾曲収差係数Ａ、像面開角α_i、像面での中心からの距離ｒ_iを用いて、下式３で表すことができる。

図１３は、像面湾曲を補正するために必要な各マルチ光源のシフト量Δｚ_oを説明するための図である。

図１３を参照し、像面湾曲を補正するために必要な各マルチ光源（光軸から距離ｒоにある光源）のｚ軸方向のシフト量Δｚ_oは、上式１〜３において、Δｚ_i＝Δｚ_FCとおくことにより、下式４で表すことができる。

一方、多孔電極群について所定の計算モデルおよび計算条件を設定することで、焦点位置（すなわちマルチ光源の位置）のｚ軸方向のズレ量Δｚ_oを計算で求めることができる。具体的には、たとえば、図１４に示すように、各多孔電極２２ａ〜２２ｃの厚みを０．０５ｍｍ、隣り合う多孔電極２２ａ〜２２ｃ間の間隔を０．２ｍｍとした計算モデルにおいて、以下の計算条件にて、（Φ０．０５ｍｍの焦点位置を基準とした）焦点位置（マルチ光源の位置）のズレ量Δｚ_oを計算することができる。
（計算条件）
・加速電圧：３ｋＶ
・第１多孔電極と第３多孔電極の印加電圧：０Ｖ（グランド）
・第２多孔電極の印加電圧：−８８０．７４Ｖ
・第１多孔電極と第３多孔電極の孔の内径：０．０５ｍｍ（固定）
・第２多孔電極の孔の内径Φ：０．０５〜０．１ｍｍ（可変）

図１５は、図１４に示す計算モデルにおいて、第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φが０．０５ｍｍの場合と０．１０ｍｍの場合のビームの焦点位置（すなわちマルチ光源の位置）を示すグラフである（第２多孔電極２２ｂの中心をｚ軸の原点としている）。図１６は、図１４に示す計算モデルにおいて、第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φと焦点位置（マルチ光源の位置）のズレ量Δｚ_oとの関係を示すグラフである。

図１６のグラフに示すように、第２多孔電極の内径Φと焦点位置（マルチ光源の位置）のズレ量Δｚ_oとの関係は、下式５の二次関数にて近似することができる。
ここで、近似関数の係数ａ、ｂ、ｃはシミュレーションで求めることが可能である。

第２多孔電極の内径Φと焦点位置（マルチ光源の位置）のズレ量Δｚ_oとの関係は、上式５の二次関数にて近似する代わりに、下式６のｎ次関数（ｎは３以上の自然数）で近似してもよい。

ここで、近似関数の係数ａ_n、ａ_n-1、・・・、ａ₁、ａはシミュレーションで求めることが可能である。

したがって、上式４、５より、第２多孔電極２２ｂの中心（すなわち光軸）から距離ｒ_oにある第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φが、下式７を満たすように決定されることで、像面湾曲を補正することが可能となる。

または、上式４、６より、第２多孔電極２２ｂの中心（すなわち光軸）から距離ｒ_oにある第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φが、下式８を満たすように決定されることでも、像面湾曲を補正することが可能となる。

ところで、発明が解決しようとする課題の欄でも言及したように、理想的な光学系では、図２３に示すように、平面の物面（マルチ光源）の像面が平面となるが、実際の光学系では、図２４に示すように、像面湾曲の影響により、平面の物面（マルチ光源）の像面はレンズ側に凹の曲面となり、すなわち光軸から離れるほどビームの焦点位置がレンズ側にずれるため、光軸から離れるほど試料面上における像のボケが大きくなるという問題がある。

ここで、比較例として、図７に示すように、第１〜第３多孔電極２２ａ〜２２ｃの各々において、マルチビームを通過させる複数の孔の径が同一に揃えられている場合には、多孔電極２２ａ〜２２ｃ間には光軸からの距離に関わらず同じ大きさ・形状の電界が形成されるため、各孔を通過するマルチビームの各々は、光軸からの距離に関わらず、互いに同じ大きさ・形状の電界の影響を受けることになり、結果として、マルチビームの各々が仮想的な１つの平面上に集光（フォーカス）され、仮想的な１つの平面上に位置するマルチ光源が形成される。

この場合、図８に示すように、転送レンズ１４と対物レンズ１７とを含む縮小光学系における像面湾曲の影響により、像面がレンズ（縮小光学系）側に凹の曲面となり、すなわち光軸から離れるほどビームの焦点位置がレンズ（縮小光学系）側にずれてしまうため、光軸から離れるほど試料面上における像のボケが大きくなる。

これに対し、本実施の形態によれば、図２および図５に示すように、光軸から離れるほど第２多孔電極２２ｂ上の孔の径が大きく形成されていることで、光軸から離れるほどレンズのパワーが小さくなり、光軸から離れるほどマルチビームの集束力が減少する。したがって、各孔を通過するマルチビームの各々は、荷電粒子源１１側（ビーム上流側）に凸の仮想的な曲面上に集光（フォーカス）されることになり、すなわち、荷電粒子源１１側（ビーム上流側）に凸の仮想的な曲面上に位置するマルチ光源が形成される。

ここで、マルチ光源が位置する面（物面）が荷電粒子源１１側（ビーム上流側）に凸の形状となると、光軸から離れるほど光源の位置が縮小光学系（レンズ）側に近づくことになるが、図１１に示すように、光源（物面）の位置がレンズ側に近づくほど、像面の位置がレンズとは逆側にシフトすることになる（図１１の破線参照）。したがって、光軸から離れるほど焦点位置がレンズ側にシフトするという像面湾曲の影響を相殺して補正することができ、これにより、光軸から離れた位置であっても試料面上における像のボケを低減することができる。

また、本実施の形態によれば、各多孔電極２２ａ〜２２ｃのうち複数の孔が形成されている部分がそれぞれ平板形状を有するため、多孔電極の複数の孔が形成されている部分を曲面形状にする場合に比べて、多孔電極自体の製作が容易である。

また、本実施の形態によれば、第１多孔電極２２ａと第３多孔電極２２ｃとがインロー構造で組み付けられているため、第１多孔電極２２ａと第３多孔電極２２ｃの位置合わせが容易である。

＜実施例＞
次に、本実施の形態に係る具体的な実施例について説明する。

図１７および図１８を参照し、
・孔の配置：三角格子０．１ｍｍピッチ（第１〜第３多孔電極２２ａ〜２２ｃ共通）
・各多孔電極２２ａ〜２２ｃ上の孔の数：６１個
・第１多孔電極２２ａと第３多孔電極２２ｃの孔の径：全て０．０５ｍｍ
・第２多孔電極２２ｂの孔の径：中央の孔のみΦ０．０５ｍｍ
とした計算モデルにおいて、上記の計算条件にて、焦点位置（マルチ光源の位置）のズレ量Δｚ_oを計算した。

そして、図１６に示すように、第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φと焦点位置（マルチ光源の位置）のズレ量Δｚ_oとの関係を示すグラフを作成した。第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φと焦点位置（マルチ光源の位置）のズレ量Δｚｏとの関係を示すグラフにおいて、上式５に示す二次関数を用いて近似すると、近似関数の係数ａ、ｂ、ｃは以下のように求まった。
ａ＝５．７７４１５ｅ＋１
ｂ＝３．１７３２２
ｃ＝−３．０３０１２ｅ−１

したがって、像面湾曲を補正できる第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φは、上式６を用いて計算することができた。図１９は、以下の計算条件にて、像面湾曲を補正できる第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φを計算したときの計算結果を示すテーブルである。
（計算条件）
・物面電位：Φ_o＝３ｋＶ
・像面電位：Φ_i＝３ｋＶ
・縮小光学系の倍率：Ｍ＝０．１
・像面湾曲収差係数：Ａ＝５００

図１９に示すテーブルに従って、第２多孔電極２２ｂの孔の内径Φを、光軸から離れるほど大きく形成することで、像面湾曲を補正することが可能となった。

＜変形例＞
なお、上述の実施の形態では、図１９のテーブルに示すように、少なくとも１つの多孔電極（たとえば第２多孔電極２２ｂ）の孔の径が、光軸からの距離に応じて異なっていたが、本発明はこれに限定されるものではない。

すなわち、少なくとも１つの多孔電極（たとえば第２多孔電極２２ｂ）は光軸からの距離に応じて複数の領域に区分けされており、各領域は光軸からの距離が異なる孔を少なくとも２つ含んでおり、領域ごとに孔の径が同一に揃えられており、光軸から離れた領域ほど孔の径が大きくなっていてもよい。

図２０は、複数の領域に区分けされた多孔電極の第１例を示す平面図である。図２０に示す例では、第２多孔電極２２ｂが中心（光軸）からの距離に応じて２つの領域Ａ１〜Ａ３に区分けされており、各領域Ａ１〜Ａ３は、光軸からの距離が異なる孔を少なくとも２つ含んでいる。また、領域Ａ１〜Ａ３ごとに孔の径が同一に揃えられている。さらに、第２領域Ａ２は第１領域Ａ１より中心（光軸）から離れているため、第２領域Ａ２の孔の径は第１領域Ａ１の孔の径より大きくなっており、第３領域Ａ３は第２領域Ａ２より中心（光軸）から離れているため、第３領域Ａ３の孔の径は第２領域Ａ２の孔の径より大きくなっている。

図２１は、複数の領域に区分けされた多孔電極の第２例を示す平面図である。図２１に示す例では、第２多孔電極２２ｂが中心（光軸）からの距離に応じて４つの領域Ｂ１〜Ｂ４に区分けされており、各領域Ｂ１〜Ｂ４は、光軸からの距離が異なる孔を少なくとも２つ含んでいる。また、領域Ｂ１〜Ｂ４ごとに孔の径が同一に揃えられている。さらに、第２領域Ｂ２は第１領域Ｂ１より中心（光軸）から離れているため、第２領域Ｂ２の孔の径は第１領域Ｂ１の孔の径より大きくなっており、第３領域Ｂ３は第２領域Ｂ２より中心（光軸）から離れているため、第３領域Ｂ３の孔の径は第２領域Ｂ２の孔の径より大きくなっており、第４領域Ｂ４は第３領域Ｂ３より中心（光軸）から離れているため、第４領域Ｂ４の孔の径は第３領域Ｂ３の孔の径より大きくなっている。

図２２は、複数の領域に区分けされた多孔電極の第３例を示す平面図である。図２２に示す例では、第２多孔電極２２ｂが中心（光軸）からの距離に応じて３つの領域Ｃ１〜Ｃ３に区分けされており、各領域Ｃ１〜Ｃ３は、光軸からの距離が異なる孔を少なくとも２つ含んでいる。また、領域Ｃ１〜Ｃ３ごとに孔の径が同一に揃えられている。さらに、第２領域Ｃ２は第１領域Ｃ１より中心（光軸）から離れているため、第２領域Ｃ２の孔の径は第１領域Ｃ１の孔の径より大きくなっており、第３領域Ｃ３は第２領域Ｃ２より中心（光軸）から離れているため、第３領域Ｃ３の孔の径は第２領域Ｃ２の孔の径より大きくなっている。

なお、図２０〜図２２に示す例において、領域の分割数は、必要な像面湾曲の補正量などに応じて適宜変更され得る。たとえば、像面湾曲の影響が小さければ、領域の分割数を少なくしてもよい。他方、像面湾曲の影響が大きければ、より細かく領域を分割してもよい。

以上、本発明の実施の形態を例示により説明したが、本発明の範囲はこれらに限定されるものではなく、請求項に記載された範囲内において目的に応じて変更・変形することが可能である。また、各実施の形態は、処理内容を矛盾させない範囲で適宜組み合わせることが可能である。

１０ 荷電粒子マルチビーム装置
１１ 荷電粒子源
１２ コリメータレンズ
１３ マルチ光源形成部
１４ 転送レンズ（縮小投影光学系）
１５ スキャン偏向器
１６ ビーム分離器
１７ 対物レンズ（縮小投影光学系）
１８ 投影レンズ
１９ 検出器
２１ 多孔絞り
２２ａ 第１多孔電極
２２ｂ 第２多孔電極
２２ｂ１ 電圧供給ピン
２２ｂ２ 絶縁物
２２ｃ 第３多孔電極
３０ 試料

Claims (8)

1. 荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、
   前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームを平行化するコリメータレンズと、
   前記平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成するとともに、当該マルチビームの各々を１つの面上に集光してマルチ光源を形成するマルチ光源形成部と、
   前記マルチ光源を試料面上に縮小投影する縮小投影光学系と、
   を備え、
   前記マルチ光源形成部は、前記荷電粒子源側から順に光軸方向に並んで配置された第１〜第３多孔電極を有し、
   前記第１〜第３多孔電極には、それぞれ、マルチビームを通過させる複数の孔が形成されており、
   前記第１多孔電極と前記第３多孔電極は同電位であり、前記第２多孔電極は前記第１多孔電極および前記第３多孔電極とは異なる電位であり、
   前記マルチ光源が位置する面が前記荷電粒子源側に凸の形状となるように、前記第２多孔電極上の孔の径は、光軸から離れるほど径が大きく形成されている、
   ことを特徴とする荷電粒子マルチビーム装置。
2. 前記第１〜第３多孔電極のうち前記複数の孔が形成されている部分は、それぞれ、平板形状を有する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子マルチビーム装置。
3. 前記第１多孔電極と前記第３多孔電極とはインロー構造で組み付けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の荷電粒子マルチビーム装置。
4. 前記マルチ光源形成部において、前記第１多孔電極より前記荷電粒子源側には、前記平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成する多孔絞りが設けられている、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の荷電粒子マルチビーム装置。
5. 前記マルチ光源形成部において、前記第１多孔電極が、前記平行化された荷電粒子ビームを複数に分割してマルチビームを形成する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の荷電粒子マルチビーム装置。
6. 前記第２多孔電極は光軸からの距離に応じて複数の領域に区分けされており、各領域は光軸からの距離が異なる孔を少なくとも２つ含んでおり、
   領域ごとに孔の径が同一に揃えられており、光軸から離れた領域ほど孔の径が大きくなっている、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の荷電粒子マルチビーム装置。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の荷電粒子マルチビーム装置における第２多孔電極の孔の径を決める方法であって、
   縮小投影光学系の像面湾曲係数Ａをシミュレーションまたは実験により求めるステップと、
   第２多孔電極の孔の内径Φと焦点位置のズレ量Δｚоとの関係をシミュレーションで求め、下式１にて近似することにより、近似関数の係数ａ、ｂ、ｃを求めるステップと、
   縮小投影光学系における物面の軸上電位Φ_o、像面の軸上電位Φ_iを用いて、下式２を満たすように、光軸から距離ｒоにある第２多孔電極の孔の径Φを決めるステップと、
   を含む方法。
8. 請求項１〜６のいずれかに記載の荷電粒子マルチビーム装置における第２多孔電極の孔の径を決める方法であって、
   縮小投影光学系の像面湾曲係数Ａをシミュレーションまたは実験により求めるステップと、
   第２多孔電極の孔の内径Φと焦点位置のズレ量Δｚоとの関係をシミュレーションで求め、下式３にて近似することにより、近似関数の係数ａ_n、ａ_n-1、・・・、ａ₁、ａ（ｎは３以上の自然数）を求めるステップと、
   縮小投影光学系における物面の軸上電位Φｏ、像面の軸上電位Φｉを用いて、下式４を満たすように、光軸から距離ｒоにある第２多孔電極の孔の径Φを決めるステップと、
   を含む方法。