JP4103345B2

JP4103345B2 - Charged particle beam equipment

Info

Publication number: JP4103345B2
Application number: JP2001176477A
Authority: JP
Inventors: 久弥村越; 浩士牧野; 博之品田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2001-06-12
Publication date: 2008-06-18
Anticipated expiration: 2021-06-12
Also published as: JP2002367552A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走査型荷電粒子顕微鏡およびその類似装置に係り、特に低加速領域で高分解能かつ二次電子の検出効率の優れた荷電粒子光学系に関する。
【０００２】
【従来の技術】
走査型電子顕微鏡の分解能を向上させるために、一次電子線が試料を照射する直前まで高加速電圧とし、試料照射時に低加速電圧化する光学系が提案されている。この光学系では、電子線の照射により試料で発生した二次電子が、一次電子の減速電界により光軸方向に加速されるので、電界（Ｅ）と磁界（Ｂ）を直交させたいわゆるＥ×Ｂ形フィルタを用いて、光軸外に配置された二次電子検出器に入射させる構成が特開平２−１４２０４５号に記載されている。このＥ×Ｂ形フィルタは一次電子線に対してはフィルタ内を直進させ、二次電子に対しては、検出器方向に偏向させる作用をもつ。また、特開平２−１４２０４５号ではこの二次電子を偏向させる第一のＥ×Ｂ形フィルタで発生した色収差による一次電子線への影響をこの第一のＥ×Ｂ形フィルタより電子源側に配置された第二のＥ×Ｂ形フィルタにより補正する構成が記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の構成では、図４に示すように、対物レンズ１３と対物レンズの物面との間に第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７および第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８を配置するので、コンデンサレンズ１２と対物レンズ１３の間の距離を大きくとる必要があり、電子光学系の全長が長くなってしまうという問題があった。さらに、収差補正にはそれぞれのＥ×Ｂ形フィルタの強度を対物レンズの物面までの距離の逆比で設定する必要があるので、対物レンズの物面に近い第二のＥ×Ｂ形フィルタには大きな強度で設定する必要があった。これを回避するために、対物レンズ１３の前段のコンデンサレンズ１２で一次電子線を平行にしてやれば、それぞれのＥ×Ｂ形フィルタを同じ強度で設定することが可能となるが、光学系全体の倍率を縮小系で用いるためにはさらに光学系寸法を長くしなければならないという問題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７と第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８の配置関係が、同一レンズの物面あるいは像面までの間の位置に配置しなくても収差を補正でき、且つ第二のＥ×Ｂ形フィルタ１７の強度を大きく設定しなくても収差を補正できる装置を実現することにある。
図５に示すように、Ｅ×Ｂ形フィルタ５１が長さＬｄの空間内で作用するとし、Ｅ×Ｂ形フィルタ内の電界強度Ｅは一定で、Ｅ×Ｂ形フィルタ内で電界強度Ｅと直角に作用する磁束Ｂとの間にウィーン条件Ｅ＝ｖＢ（ｖ：電子線の速度）が成り立つとすると、Ｅ×Ｂ形フィルタ５１がレンズの物面とレンズの間に配置する場合の像面上での偏向色収差ｄ_ｃａは、ＬａをＥ×Ｂ形フィルタと物面との間の距離、Ｍをレンズ倍率、Ｖ_０をＥ×Ｂ形フィルタを通過する一次電子線の加速電圧、ΔＶを一次電子線のエネルギー幅に相当する電圧揺らぎとして、次式で表わされる。
【０００５】
【数１】

【０００６】
また、長さＬｄのＥ×Ｂ形フィルタがレンズの像面とレンズの間に配置する場合の像面上での偏向色収差ｄ_ｃｂは、ＬｂをＥ×Ｂ形フィルタと像面との距離と置くと、次式で表わされる。
【０００７】
【数２】

【０００８】
そこで、図６に示すように、長さＬｄ２の第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８をコンデンサレンズ１２の像面位置とコンデンサレンズ１２の間に配置すれば、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８が対物レンズ１３の像面で発生させる偏向色収差ｄ_ｃ２は、(数２)でＥ２を第二のＥ×Ｂ形フィルタ内の電界強度、Ｌｃｂを第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８とコンデンサレンズ１３の像面との距離、Ｍｏを対物レンズ倍率と置くと、次式で表わされる。
【０００９】
【数３】

【００１０】
一方、対物レンズ１３の物面と対物レンズ１３の間に配置される長さＬｄ１の第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７が対物レンズ１３の像面で発生させる偏向色収差ｄ_ｃ１は(数１)でＥ１を第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７内の電界強度、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７と対物レンズ１３の物面との距離をＬｏａと置くと、次式で表わされる
【００１１】
【数４】

【００１２】
(数３)と(数４)から第一の第二のＥ×Ｂ形フィルタに対する強度比を
【００１３】
【数５】

【００１４】
とし、試料面上で互いに逆方向に作用するように向きを設定すれば、試料面上での色収差を補正することができることがわかる。このように、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８をコンデンサレンズ１２の像面位置とコンデンサレンズ１２の間に配置することにより、コンデンサレンズ１２と対物レンズ１３の間の距離を短くすることが可能となり電子光学系の全長を短くすることができる。
また、Ｌｄ１＝Ｌｄ２とし、Ｌｏａ＝Ｌｃｂの関係が成り立つ位置に第一および第二のＥ×Ｂ形フィルタを配置すれば、第一および第二のＥ×Ｂ形フィルタの強度をほぼ等しく設定することができるので、従来例のように第二のＥ×Ｂ形フィルタの強度を大きく設定することなしに収差補正をすることができる。
さらに、図７に示すように、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８をコンデンサレンズ１２より電子源側に配置すれば、コンデンサレンズの倍率をさらに小さくすることができるので、電子光学系の全長をさらに小さくすることができる。すなわち、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８がコンデンサレンズ１２とコンデンサレンズ１２の物面の間に配置されるとすると、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８が対物レンズ１３の像面で発生させる偏向色収差ｄ_ｃｂは、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８とコンデンサレンズ１２の像面との距離をＬｃａ、コンデンサレンズ倍率をＭｃと置くと、次式で表わされる。
【００１５】
【数６】

【００１６】
(数４)と(数６)から第一の第二のＥ×Ｂ形フィルタに対する強度比を
【００１７】
【数７】

【００１８】
とし、試料面上で互いに逆方向に作用するように向きを設定すれば、試料面上での色収差を補正することができる。
しかし、コンデンサレンズ１２が磁界型レンズの場合、一次電子線に対し集束レンズ作用に加えて、回転作用が発生する。すなわち、磁界レンズの光軸方向をｚ軸として、光軸上の磁束密度をＢ(ｚ)と置くと、磁界レンズにより生ずる回転角φは、
【００１９】
【数８】

【００２０】
で表わされる。ここではｅは素電荷、ｍは電子の質量である。
そこで、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８には第一のＥ×Ｂ形フィルタに対して任意の方向に磁界および電界を発生させて、磁界レンズによる回転角を補正して試料上の偏向方向が反対方向になるように設定すれば、収差を補正することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施の形態につき、実施例を挙げて詳細に説明する。
本発明の第一実施例を図１により説明する。図１は電子光学系を横からみた図である。電子光学系１０１は電界放出電子源１０、電子銃レンズ１１、コンデンサレンズ１２、対物レンズ１３、偏向器１５、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７および第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８により構成されている。電子源１０から放出された一次電子線１０２は、コンデンサレンズ１２、対物レンズ１３により集束レンズ作用をうけて試料１上を集束照射される。試料１はリターディング電圧Vrに設定され、一次電子線はアース電位に設定された電極１４と試料１の間で急激に減速される。試料１から反射した反射電子あるいは試料１内で二次的に発生した二次電子は電子線光軸の方向へ加速された後に、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７により検出器１６方向に偏向を受けて直接検出器１６で検出される。電子線の偏向走査は制御部４０により、偏向増幅器２９を介して送られる走査信号を偏向器１５に供給することによって電子線を制御することによって行われる。同時に表示装置４１には電子線走査と同期した偏向信号が制御部４０から供給され、試料走査像が表示装置４１に供給される。以上が電子光学系の基本構成である。
第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７および第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８は図２に示すような八極形状である。電極は磁性体をコイルで同方向に巻いた構成であり、電極が磁極をも兼ねている。また、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７および第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８の周囲をそれぞれアース電位の磁性体１９および２０で囲むことにより、Ｅ×Ｂ形フィルタ内で発生する電界および磁界をＥ×Ｂ形フィルタ近傍に留める構成としている。第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７の各コイルには第一のＥ×Ｂ形フィルタ用コイル供給電源２７からコイル電流が、各電極には第一のＥ×Ｂ形フィルタ用電極印加電源２８から電極電圧が供給される。各電極、各コイルへの電圧および電流の配分は、図2に示すような電流Ix、IyおよびVx,Vyの関数として配分される。それぞれの強度比をVy/Vx=Iy/Ix=tanθに設定すれば、二次電子に対して図中のx軸からθ方向に偏向作用を与えることができる。
ここで図中の
【００２２】
【数９】

【００２３】
と置けば、高次の偏向収差が少ない条件が得られる。
第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７の強度および方向は検出器方向に二次電子が偏向されるように定められる。検出器の方向が図２のｘ方向とすると、図中のVyとIyをほぼ０にすれば、二次電子は検出器方向に偏向される。Vxと二次電子の偏向角との関係は二次電子がＥ×Ｂ形フィルタ１７に入射するエネルギー、すなわち試料に印加するリターディング電圧Vrに依存するので、あらかじめ電子線の軌道計算結果や実験から求めた所望の偏向角に対するリターディング電圧VrとVxの関係が制御部４０にインプットされている。IxとVxの関係は、電子線の軌道計算結果から求めた値があらかじめ制御部４０にインプットされているか、表示装置４１の画像上で試料上の偏向量が完全にキャンセルするようにマニュアルあるいは自動的に設定される。
第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８の強度は、(数４)より求められる。ここで、一次電子線１０２のコンデンサレンズ１２への物面位置すなわち電子銃レンズ１１の像面位置は、電子銃レンズの動作条件、すなわち、所望のエミッション電流を得るための引き出し電圧VEと一次電子線の加速電圧V0から、一義的に求められる。制御部４０にはあらかじめ実験あるいはレンズ計算により求められた電子銃レンズの像面位置とVEおよびV0との関係のデータがインプットされている。対物レンズの物面位置すなわちコンデンサレンズの像面位置のデータもあらかじめ加速電圧V0、リターディング電圧Vr、コンデンサレンズ１２の強度および対物レンズ１３の強度などの情報から求められるようになっており、例えば対物レンズの強度、加速電圧V0およびリターディング電圧Vrと対物レンズ物面位置との関係のデータが制御部４０にインプットされている。第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８の動作方向はコンデンサレンズの強度に依存する。この角度は(数８)より計算で求めるか、表示装置の画像上で求められる。画像上では、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７を電界だけ印加した条件で第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８も電界だけ印加して、互いに逆な方向に作用するように第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８の各電極および各コイルの配分を定めればよい。例えば、第一と第二のフィルタの作用する方向がθだけ回転しているとすると、VxとVyの強度比Vy/Vx=tanθに設定してやれば良い。
以上より、加速電圧V0、リターディング電圧Vrから第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７の強度が制御部４０から第一のＥ×Ｂ形フィルタコイル供給電源２７および第一のＥ×Ｂ形フィルタ電極印加電源２８を介して設定される。さらに引き出し電圧VE、コンデンサレンズ１２の強度および対物レンズ１３の強度から第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８の強度が制御部４０から第二のエネルギーフィルタコイル供給電源２３、第二のＥ×Ｂ形フィルタ電極印加電源２４を介して設定される。
以上の動作により、二次電子を検出器方向に偏向する際に発生する第一のＥ×Ｂ形フィルタの収差を、第二のＥ×Ｂ形フィルタにより補正することができる。
本発明の第二の実施例は本発明を半導体パターンの回路検査に適用したもので、図３により説明する。検出器１６は対物レンズ１３の上方にあり、検出器１６の出力信号はプリアンプ２６で増幅されＡＤ変換器３２によりデジタルデータとなり、画像処理部４７へ入力される。検査装置各部の動作命令及び動作条件は制御部４８から入出力される。
電子源１０には電界放出電子源を用いるが、特にパターンの回路検査には拡散補給型の熱電界放出電子源を用いたほうが望ましい。これにより明るさ変動の少ない比較検査画像が得られ、且つ電子線電流を大きくすることが可能なことから、高速な検査が可能となる。試料１にはリターディング用高圧電源３１により負の電圧を印可できるようになっている。このリターディング用高圧電源３１の電圧を調節することにより、試料１への電子線照射エネルギーを最適な値に調節することが容易になる。
試料１の画像を取得するためには、細く絞った電子線を試料１に照射し、二次電子１０３を発生させ、一次電子線１０２の走査及びステージの移動と同期して検出することで試料表面の画像を得る。試料１は負電位に設定され、一次電子線は試料１の直前で急激に減速される。試料１から反射した反射電子あるいは試料１内で二次的に発生した二次電子は電子線光軸の方向へ加速され、対物レンズを通過した後に第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７により検出器１６方向に偏向を受けて反射板３３に入射し、反射板から発生した三次電子１０４が検出器１６で検出される。光軸近傍に配置された反射板３３からの三次電子１０４を検出することで、かつ二次電子の偏向角が小さい条件でも検出することができるとともに、検出器を光軸近傍に近づけなくてもよくなるので検出器の光軸方向のスペースを小さくすることも可能となる。第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８はコンデンサレンズ１２とコンデンサレンズ１２の像面位置の間に配置される。対物レンズの物面位置すなわちコンデンサレンズの像面位置のデータはあらかじめ加速電圧V0、リターディング電圧Vr、コンデンサレンズ１２の強度および対物レンズ１３の強度などの情報から求められるようになっており、例えば対物レンズの強度、加速電圧V0、リターディング電圧Vrの情報から、制御部４０は対物レンズ物面位置を決定し、(数５)より第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８と第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７の強度比を決定して、設定する。また、この実施例では２つのＥ×Ｂ形フィルタの間に磁界レンズが配置されていないので、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８の動作方向は第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７の動作方向とほぼ等しく設定される。
本発明で述べるような自動検査には検査速度が速いことが必須となる。このような検査装置で、検査速度を決定するのは検出画像のＳＮであり、本実施例で高効率な二次電子検出が達成できれば、検査速度の向上を達成することができる。本実施例では通常のＳＥＭに比べ約１００倍以上の例えば１００ｎＡの大電流電子線の一回のみあるいは数回の走査によりＳＮの良好な画像を形成することができた。例えば、一枚の画像を１０００ｘ１０００画素で１０ｍｓｅｃで取り込んだ場合、ＳＮ比２０以上の画像を得ることができる。
画像信号には一画像分の遅延をかけて次の画像の取り込みと同期させて画像比較評価を行い、回路基板上の欠陥探索を行う構成としている。すなわち、画像処理系４７では、画像記憶部４２ａに記憶された画像と遅延回路４３より一画像分の遅延をかけて画像記憶部４２ｂに記憶された画像との比較評価を行う。演算部４５は例えば両画像の差を演算する機能を持ち、両画像の差がある閾値を越えた画像のアドレスＰを欠陥判定部４６に記憶することにより、欠陥検査を行う構成としている。
本発明では第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７を対物レンズ１３と対物レンズ物面の間に配置したが、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７を例えば対物レンズ１３と対物レンズ像面の間に配置しても、第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８を例えば対物レンズ１３と対物レンズ物面の間に配置して、(数１)と(数２)で与えられる強度比で設定すれば第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７の収差を補正することができる。すなわち、第一のＥ×Ｂ形フィルタ１７が配置される集束レンズとその集束レンズの像面あるいは物面位置との間の空間以外のどのような位置に第二のＥ×Ｂ形フィルタ１８を配置しても、収差を補正することができる。
本発明は電子線装置について述べたが、これに限ることなくイオン線のような荷電粒子線装置に適用できることは言うまでもない。ただし、正の電荷をもっている荷電粒子線の場合には、減速電圧は正の値にする必要がある。
【００２４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、低加速電圧でも高分解能でかつ二次電子の高検出効率が得られる荷電粒子線装置を従来より短い電子光学系寸法で実現できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例の構成図。
【図２】本発明の第一実施例のＥ×Ｂ形フィルタの構成図。
【図３】本発明の第二実施例の構成図。
【図４】従来の構成図。
【図５】Ｅ×Ｂ形フィルタの動作を説明する図。
【図６】本発明のＥ×Ｂ形フィルタの第１の配置を示す図。
【図７】本発明のＥ×Ｂ形フィルタの第２の配置を示す図。
【符号の説明】
１…試料、２…Ｘ−Ｙステージ、３…回転ステージ、１０、…電子源、１１…電子銃レンズ、１２…コンデンサレンズ、１３…対物レンズ、１４…電極、１５…偏向器、１６…検出器、１７…第一のＥ×Ｂ形フィルタ、１８…第二のＥ×Ｂ形フィルタ、１９、２０…磁性体、２１…引き出し電圧制御電源、２２…加速電圧制御電源、２３…第二のＥ×Ｂ形フィルタ用コイル供給電源、２４…第二のＥ×Ｂ形フィルタ用電極印加電源、２５…コンデンサレンズ用電源、２６…プリアンプ、２７…第一のＥ×Ｂ形フィルタ用コイル供給電源、２８…第一のＥ×Ｂ形フィルタ用電極印加電源、２９…偏向増幅器、３０…対物レンズ用電源、３１…リターディング用電源、３２…ＡＤ変換器、３３…反射板、３４…ブランカ、４０…制御部、４１……表示装置、４２ａ、４２ｂ…画像記憶部、４３…遅延回路、４５…演算部，４６…欠陥判定部，４７…画像処理系，４８…制御部、１０１…電子光学系、１０２…一次電子線、１０３…二次電子、１０４…三次電子。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a scanning charged particle microscope and similar devices, and more particularly to a charged particle optical system having high resolution and excellent secondary electron detection efficiency in a low acceleration region.
[0002]
[Prior art]
In order to improve the resolution of a scanning electron microscope, an optical system has been proposed in which a high acceleration voltage is set until just before the primary electron beam irradiates the sample, and the acceleration voltage is lowered during the sample irradiation. In this optical system, secondary electrons generated in the sample by electron beam irradiation are accelerated in the optical axis direction by a decelerating electric field of the primary electrons, so that the electric field (E) and the magnetic field (B) are orthogonal to each other. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-142045 discloses a configuration in which a B-type filter is used to enter a secondary electron detector disposed outside the optical axis. The E × B filter has a function of causing the primary electron beam to travel straight in the filter and deflecting the secondary electrons toward the detector. In Japanese Patent Laid-Open No. 2-142045, the influence on the primary electron beam due to the chromatic aberration generated by the first E × B filter for deflecting the secondary electrons is caused to be closer to the electron source than the first E × B filter. A configuration in which correction is performed by the second E × B filter arranged is described.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
In the above configuration, as shown in FIG. 4, the first E × B filter 17 and the second E × B filter 18 are disposed between the objective lens 13 and the object surface of the objective lens. There is a problem that the distance between the lens 12 and the objective lens 13 needs to be increased, and the total length of the electron optical system becomes long. Furthermore, since it is necessary to set the intensity of each E × B filter for the aberration correction by the inverse ratio of the distance to the object surface of the objective lens, the second E × B filter close to the object surface of the objective lens is used. It was necessary to set with large intensity. In order to avoid this, if the primary electron beam is made parallel by the condenser lens 12 in front of the objective lens 13, each E × B filter can be set with the same intensity. In order to use the magnification in the reduction system, there has been a problem that the optical system dimensions have to be further increased.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
The present invention corrects aberration even if the positional relationship between the first E × B filter 17 and the second E × B filter 18 is not disposed between the object surface and the image plane of the same lens. An object of the present invention is to realize an apparatus that can correct aberrations without setting the strength of the second E × B filter 17 large.
As shown in FIG. 5, it is assumed that the E × B filter 51 acts in a space of length Ld. The electric field strength E in the E × B filter is constant, and the electric field strength E in the E × B filter is Assuming that the Wien condition E = vB (v: velocity of electron beam) is established between the magnetic flux B acting at right angles, the image plane when the E × B filter 51 is arranged between the lens object surface and the lens. In the above deflection chromatic aberration d _ca , La is the distance between the E × B filter and the object surface, M is the lens magnification, V ₀ is the acceleration voltage of the primary electron beam passing through the E × B filter, and ΔV is The voltage fluctuation corresponding to the energy width of the primary electron beam is expressed by the following equation.
[0005]
[Expression 1]

[0006]
Further, the deflection chromatic aberration d _cb on the image plane when the E × B filter having the length Ld is disposed between the image planes of the lens is expressed by Lb as the distance between the E × B filter and the image plane. When put, it is expressed by the following formula.
[0007]
[Expression 2]

[0008]
Therefore, as shown in FIG. 6, if a second E × B filter 18 having a length Ld2 is disposed between the image plane position of the condenser lens 12 and the condenser lens 12, the second E × B filter 18 is provided. There deflection aberration d _c2 be generated in the image plane of the objective lens 13, equation (2) in an electric field intensity of the E2 second E × the B-type filter, a second E × B-type filter 18 and the condenser lens Lcb When the distance between the image plane 13 and Mo is the objective lens magnification, it is expressed by the following equation.
[0009]
[Equation 3]

[0010]
On the other hand, the deflection chromatic aberration _dc1 generated on the image plane of the objective lens 13 by the first E × B filter 17 having a length Ld1 disposed between the object surface of the objective lens 13 and the objective lens 13 is expressed by the following _equation (1). Where E1 is the electric field strength in the first E × B filter 17 and the distance between the first E × B filter 17 and the object surface of the objective lens 13 is Loa.
[Expression 4]

[0012]
From (Equation 3) and (Equation 4), the intensity ratio to the first second E × B filter is obtained.
[Equation 5]

[0014]
If the orientations are set so as to act in opposite directions on the sample surface, it can be seen that chromatic aberration on the sample surface can be corrected. Thus, by disposing the second E × B filter 18 between the image plane position of the condenser lens 12 and the condenser lens 12, the distance between the condenser lens 12 and the objective lens 13 can be shortened. Thus, the overall length of the electron optical system can be shortened.
If the first and second E × B filters are arranged at positions where Ld1 = Ld2 and the relationship Loa = Lcb is established, the strengths of the first and second E × B filters are set to be approximately equal. Therefore, aberration correction can be performed without setting the strength of the second E × B filter large as in the conventional example.
Further, as shown in FIG. 7, if the second E × B filter 18 is arranged on the electron source side from the condenser lens 12, the magnification of the condenser lens can be further reduced, so that the total length of the electron optical system can be reduced. It can be further reduced. That is, if the second E × B filter 18 is disposed between the condenser lens 12 and the object surface of the condenser lens 12, the second E × B filter 18 is generated on the image plane of the objective lens 13. The deflection chromatic aberration d _cb is expressed by the following equation, where Lca is the distance between the second E × B filter 18 and the image plane of the condenser lens 12 and Mc is the magnification of the condenser lens.
[0015]
[Formula 6]

[0016]
From (Equation 4) and (Equation 6), the intensity ratio of the first second E × B filter is calculated.
[Expression 7]

[0018]
If the orientations are set so as to act in opposite directions on the sample surface, chromatic aberration on the sample surface can be corrected.
However, when the condenser lens 12 is a magnetic field type lens, a rotating action is generated in addition to the focusing lens action on the primary electron beam. That is, assuming that the optical axis direction of the magnetic lens is the z-axis and the magnetic flux density on the optical axis is B (z), the rotation angle φ generated by the magnetic lens is
[0019]
[Equation 8]

[0020]
It is represented by Here, e is an elementary charge, and m is the mass of an electron.
Therefore, the second E × B type filter 18 generates a magnetic field and an electric field in an arbitrary direction with respect to the first E × B type filter, corrects the rotation angle by the magnetic lens, and deflects on the sample. If it is set to be in the opposite direction, the aberration can be corrected.
[0021]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples.
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a side view of the electron optical system. The electron optical system 101 includes a field emission electron source 10, an electron gun lens 11, a condenser lens 12, an objective lens 13, a deflector 15, a first E × B filter 17 and a second E × B filter 18. ing. The primary electron beam 102 emitted from the electron source 10 is focused and irradiated on the sample 1 by the condenser lens 12 and the objective lens 13 through a focusing lens action. The sample 1 is set to the retarding voltage Vr, and the primary electron beam is rapidly decelerated between the electrode 14 set to the ground potential and the sample 1. Reflected electrons reflected from the sample 1 or secondary electrons generated secondarily in the sample 1 are accelerated in the direction of the electron beam optical axis and then deflected in the direction of the detector 16 by the first E × B filter 17. Is directly detected by the detector 16. The deflection scanning of the electron beam is performed by controlling the electron beam by the control unit 40 by supplying a scanning signal sent via the deflection amplifier 29 to the deflector 15. At the same time, a deflection signal synchronized with electron beam scanning is supplied from the control unit 40 to the display device 41, and a sample scan image is supplied to the display device 41. The above is the basic configuration of the electron optical system.
The first E × B filter 17 and the second E × B filter 18 have an octopole shape as shown in FIG. The electrode has a configuration in which a magnetic material is wound in the same direction by a coil, and the electrode also serves as a magnetic pole. Further, by surrounding the first E × B filter 17 and the second E × B filter 18 with magnetic bodies 19 and 20 having a ground potential, respectively, an electric field and a magnetic field generated in the E × B filter are provided. In the vicinity of the E × B filter. Each coil of the first E × B filter 17 receives a coil current from the first E × B filter coil power supply 27 and each electrode receives a first E × B filter electrode application power supply 28. An electrode voltage is supplied. The distribution of voltage and current to each electrode and coil is distributed as a function of currents Ix, Iy and Vx, Vy as shown in FIG. If each intensity ratio is set to Vy / Vx = Iy / Ix = tan θ, the secondary electrons can be deflected in the θ direction from the x-axis in the figure.
Here in the figure [0022]
[Equation 9]

[0023]
If so, a condition with less high-order deflection aberration can be obtained.
The intensity and direction of the first E × B filter 17 are determined so that secondary electrons are deflected in the detector direction. Assuming that the direction of the detector is the x direction in FIG. 2, if Vy and Iy in the figure are substantially zero, the secondary electrons are deflected in the direction of the detector. The relationship between Vx and the deflection angle of the secondary electrons depends on the energy of the secondary electrons entering the E × B filter 17, that is, the retarding voltage Vr applied to the sample. The relationship between the retarding voltages Vr and Vx with respect to the desired deflection angle obtained from the above is input to the control unit 40. As for the relationship between Ix and Vx, a value obtained from the electron beam trajectory calculation result is input to the control unit 40 in advance or manually or automatically so that the deflection amount on the sample on the image of the display device 41 is completely canceled. Is set automatically.
The strength of the second E × B filter 18 is obtained from (Equation 4). Here, the object plane position of the primary electron beam 102 to the condenser lens 12, that is, the image plane position of the electron gun lens 11, is the operating condition of the electron gun lens, that is, the extraction voltage VE and the primary electron for obtaining a desired emission current. It is uniquely determined from the line acceleration voltage V0. Data on the relationship between the image plane position of the electron gun lens and VE and V0 obtained in advance by experiment or lens calculation is input to the control unit 40. Data on the object plane position of the objective lens, that is, the image plane position of the condenser lens is also obtained in advance from information such as the acceleration voltage V0, the retarding voltage Vr, the intensity of the condenser lens 12 and the intensity of the objective lens 13, for example. Data on the relationship between the strength of the objective lens, the acceleration voltage V0, the retarding voltage Vr, and the objective lens object surface position is input to the control unit 40. The operation direction of the second E × B filter 18 depends on the strength of the condenser lens. This angle is obtained by calculation from (Equation 8) or on the image of the display device. On the image, the second E × B filter 18 is also applied with only the electric field under the condition that the first E × B filter 17 is applied with only the electric field, and the second E × B filter 18 operates in the opposite directions. The distribution of each electrode and each coil of the B-type filter 18 may be determined. For example, if the direction in which the first and second filters act is rotated by θ, the intensity ratio Vy / Vx = tan θ may be set to Vx and Vy.
From the above, the strength of the first E × B filter 17 from the acceleration voltage V0 and the retarding voltage Vr is increased from the control unit 40 to the first E × B filter coil power supply 27 and the first E × B filter electrode. It is set via the applied power supply 28. Further, the strength of the second E × B filter 18 is determined from the control unit 40 based on the extraction voltage VE, the strength of the condenser lens 12, and the strength of the objective lens 13, the second energy filter coil power supply 23, and the second E × B shape. It is set via the filter electrode application power source 24.
With the above operation, the aberration of the first E × B filter generated when the secondary electrons are deflected toward the detector can be corrected by the second E × B filter.
In the second embodiment of the present invention, the present invention is applied to circuit inspection of a semiconductor pattern and will be described with reference to FIG. The detector 16 is above the objective lens 13, and the output signal of the detector 16 is amplified by the preamplifier 26, converted into digital data by the AD converter 32, and input to the image processing unit 47. Operation commands and operation conditions of each part of the inspection apparatus are input / output from the control unit 48.
Although a field emission electron source is used as the electron source 10, it is preferable to use a diffusion replenishment type thermal field emission electron source particularly for pattern circuit inspection. As a result, a comparative inspection image with little brightness fluctuation can be obtained, and the electron beam current can be increased, so that high-speed inspection is possible. A negative voltage can be applied to the sample 1 by a high voltage power supply 31 for retarding. By adjusting the voltage of the high voltage power supply 31 for retarding, it becomes easy to adjust the electron beam irradiation energy to the sample 1 to an optimum value.
In order to acquire an image of the sample 1, the sample 1 is irradiated with a finely focused electron beam to generate secondary electrons 103, which are detected in synchronization with the scanning of the primary electron beam 102 and the movement of the stage. Get an image of the surface. Sample 1 is set to a negative potential, and the primary electron beam is rapidly decelerated immediately before sample 1. Reflected electrons reflected from the sample 1 or secondary electrons generated secondarily in the sample 1 are accelerated in the direction of the electron beam optical axis, pass through the objective lens, and then detected by the first E × B filter 17. The third electron 104 generated from the reflecting plate 33 is detected by the detector 16 after being deflected in 16 directions and entering the reflecting plate 33. By detecting the tertiary electrons 104 from the reflecting plate 33 arranged in the vicinity of the optical axis, it is possible to detect even when the deflection angle of the secondary electrons is small, and the detector does not have to be close to the optical axis. As a result, the space in the optical axis direction of the detector can be reduced. The second E × B filter 18 is disposed between the condenser lens 12 and the image plane position of the condenser lens 12. Data on the object plane position of the objective lens, that is, the image plane position of the condenser lens is obtained in advance from information such as the acceleration voltage V0, the retarding voltage Vr, the intensity of the condenser lens 12 and the intensity of the objective lens 13, for example. From the information on the intensity of the objective lens, the acceleration voltage V0, and the retarding voltage Vr, the control unit 40 determines the object lens object surface position, and the second E × B filter 18 and the first E × are obtained from (Equation 5). The intensity ratio of the B-type filter 17 is determined and set. In this embodiment, since the magnetic lens is not disposed between the two E × B filters, the operation direction of the second E × B filter 18 is the operation direction of the first E × B filter 17. Is set to be approximately equal.
A high inspection speed is essential for the automatic inspection described in the present invention. In such an inspection apparatus, it is the SN of the detected image that determines the inspection speed. If high-efficiency secondary electron detection can be achieved in this embodiment, the inspection speed can be improved. In this embodiment, an image having a good SN can be formed by scanning once or several times a large current electron beam of, for example, 100 nA, which is about 100 times or more that of a normal SEM. For example, when a single image is captured at 1000 × 1000 pixels in 10 msec, an image with an SN ratio of 20 or more can be obtained.
The image signal is delayed for one image, and image comparison evaluation is performed in synchronization with the capture of the next image to search for defects on the circuit board. That is, the image processing system 47 performs comparative evaluation between the image stored in the image storage unit 42 a and the image stored in the image storage unit 42 b with a delay of one image from the delay circuit 43. For example, the calculation unit 45 has a function of calculating the difference between both images, and stores the address P of an image in which the difference between both images exceeds a certain threshold in the defect determination unit 46, thereby performing defect inspection.
In the present invention, the first E × B filter 17 is disposed between the objective lens 13 and the objective lens object surface. However, the first E × B filter 17 is disposed between the objective lens 13 and the objective lens image surface, for example. Even if it is arranged, the second E × B filter 18 is arranged between the objective lens 13 and the objective lens object surface, for example, and is set by the intensity ratio given by (Equation 1) and (Equation 2). The aberration of one E × B filter 17 can be corrected. That is, the second E × B filter 18 is placed at any position other than the space between the focusing lens where the first E × B filter 17 is disposed and the image plane or object plane position of the focusing lens. Even if arranged, the aberration can be corrected.
Although the present invention has been described with respect to the electron beam apparatus, it is needless to say that the present invention can be applied to a charged particle beam apparatus such as an ion beam without being limited thereto. However, in the case of a charged particle beam having a positive charge, the deceleration voltage needs to be a positive value.
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, there is an effect that a charged particle beam apparatus capable of obtaining a high resolution and high secondary electron detection efficiency even with a low acceleration voltage can be realized with a shorter electron optical system size.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a configuration diagram of an E × B filter according to the first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a conventional configuration diagram.
FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of an E × B filter.
FIG. 6 is a diagram showing a first arrangement of an E × B filter of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing a second arrangement of the E × B filter of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample, 2 ... XY stage, 3 ... Rotary stage, 10 ... Electron source, 11 ... Electron gun lens, 12 ... Condenser lens, 13 ... Objective lens, 14 ... Electrode, 15 ... Deflector, 16 ... Detection 17 ... first E × B filter, 18 ... second E × B filter, 19, 20 ... magnetic material, 21 ... drawing voltage control power supply, 22 ... acceleration voltage control power supply, 23 ... second E * B type filter coil power supply, 24 ... second E * B type filter electrode power supply, 25 ... condenser lens power supply, 26 ... preamplifier, 27 ... first E * B type filter coil power supply , 28 ... first E × B filter electrode application power supply, 29 ... deflection amplifier, 30 ... objective lens power supply, 31 ... retarding power supply, 32 ... AD converter, 33 ... reflector, 34 ... blanker, 40 ... Control unit, 41 ...

Display

42a, 42b ... image storage unit 43 ... delay circuit 45 ... calculation unit 46 ... defect determination unit 47 ... image processing system 48 ... control unit 101 ... electron optical system 102 ... primary electron beam 103 ... secondary electrons, 104 ... tertiary electrons.

Claims

Objective lens means for focusing the first charged particle beam emitted from the charged particle source and the charged particle source to irradiate the sample;
A condenser lens disposed between the objective lens means and the electron source to control the magnification of the irradiation system;
A first filter disposed between an object surface of the first charged particle beam with respect to the objective lens and the objective lens and separating a secondary charged particle beam generated from the sample from the first charged particle beam; ,
And a secondary filter for correcting the aberration of the disposed between the object plane of the condenser lens and the condenser lens, before Symbol first charged particle beam generated by the first filter,
The condenser lens is a magnetic field type lens,
The second filter is a filter that deflects the first charged particle beam in a direction opposite to a deflection direction on the sample in order to correct a rotation angle caused by a rotating action of the magnetic lens. A charged particle beam device.

The charged particle beam apparatus according to claim 1,
The charged particle beam device, wherein the first filter and the second filter are E × B filters.

The charged particle beam apparatus according to claim 2,
The charged particle beam device, wherein the E × B filter has an octupole shape.

In the charged particle beam device according to any one of claims 1 to 3,
A charged particle beam apparatus, wherein the charged particle source is an electron source, the first charged particle beam is a primary electron beam, and the secondary charged particle beam is a secondary electron.