JP4627771B2 - Charged particle beam equipment - Google Patents

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JP4627771B2 JP2007160390A JP2007160390A JP4627771B2 JP 4627771 B2 JP4627771 B2 JP 4627771B2 JP 2007160390 A JP2007160390 A JP 2007160390A JP 2007160390 A JP2007160390 A JP 2007160390A JP 4627771 B2 JP4627771 B2 JP 4627771B2
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Description

本発明は、電子線やイオン線等の荷電粒子線を用いる荷電粒子線装置に係り、特に、試
料上で荷電粒子線を傾斜した場合にも分解能の劣化を抑えて高分解能像を得るのに好適な
荷電粒子線装置に関する。
The present invention relates to a charged particle beam apparatus using a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam, and in particular, to obtain a high resolution image while suppressing degradation of resolution even when the charged particle beam is tilted on a sample. The present invention relates to a suitable charged particle beam apparatus.

走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、細く集束された荷電粒子線を試料上
で走査して試料から所望の情報(例えば試料像)を得る。このような荷電粒子線装置では
、年々高分解能化が進むと同時に、近年では試料に対して荷電粒子線を傾斜させて試料の
傾斜像を得ることが必要とされている。試料の傾斜像を得るには試料ステージを傾斜させ
るのが一般的であるが、高倍率での視野ずれを防止したり、より高速に試料傾斜像を得る
には、試料ステージを機械的に傾斜するよりも荷電粒子線を試料に対して傾斜するほうが
合理的であることがその理由である。
In a charged particle beam apparatus typified by a scanning electron microscope, desired information (for example, a sample image) is obtained from a sample by scanning a charged particle beam that is finely focused on the sample. In such a charged particle beam apparatus, the resolution has been increasing year by year, and at the same time, it has recently been necessary to tilt the charged particle beam with respect to the sample to obtain a tilted image of the sample. In general, the sample stage is tilted to obtain a tilted image of the sample. However, in order to prevent field shift at a high magnification and to obtain a sample tilted image at a higher speed, the sample stage is mechanically tilted. The reason is that it is more reasonable to tilt the charged particle beam with respect to the sample than to do it.

装置の高分解能条件を維持して荷電粒子線を傾斜させる技術として、実開昭55-48610号
公報および特開平2-33843号公報に、荷電粒子線を対物レンズの軸外に入射させて、対物
レンズの集束作用(振り戻し作用)を利用する方法が開示されている。また、特開2000-3
48658号公報には、荷電粒子線を対物レンズの集束磁界内で互いに逆向きに偏向させる2
段の偏向手段を設け、荷電粒子線を対物レンズ軸外で傾斜したときに発生する軸外色収差
を補正する技術が開示されている。特開2001-15055号公報には、荷電粒子線を対物レンズ
の軸外に通すための偏向手段を対物レンズよりも電子源側に設け、対物レンズの軸外で発
生する色収差(軸外色収差)を対物レンズよりも電子源側に設けたウィーンフィルタで補
正することにより、荷電粒子線を傾斜したときの分解能劣化を低減する技術が開示されて
いる。さらに、WO 01/33603には、光軸と直交する任意の2次元方向に直交電磁界を発生
させるウィーンフィルタを対物レンズよりも電子源側の光軸上に配置して、任意方向の軸
外色収差を補正する技術が開示されている。
実開昭55-48610号公報 特開平2-33843号公報 特開2000-348658号公報 特開2001-15055号公報 WO 01/33603
As a technique for tilting the charged particle beam while maintaining the high resolution conditions of the apparatus, the charged particle beam is incident off the axis of the objective lens in Japanese Utility Model Laid-Open No. 55-48610 and Japanese Patent Laid-Open No. 2-333843, A method using the focusing action (backing action) of the objective lens is disclosed. JP 2000-3
Japanese Patent No. 48658 discloses a method in which charged particle beams are deflected in directions opposite to each other within a focusing magnetic field of an objective lens.
A technique for correcting off-axis chromatic aberration generated when a charged particle beam is tilted off the axis of the objective lens is disclosed. Japanese Patent Laid-Open No. 2001-15055 discloses a chromatic aberration (off-axis chromatic aberration) generated off the axis of the objective lens by providing a deflection means for passing the charged particle beam off the axis of the objective lens on the electron source side of the objective lens. Has been disclosed that reduces resolution degradation when a charged particle beam is tilted by correcting it with a Wien filter provided on the electron source side of the objective lens. Further, WO 01/33603 discloses that a Wien filter that generates an orthogonal electromagnetic field in an arbitrary two-dimensional direction orthogonal to the optical axis is arranged on the optical axis closer to the electron source than the objective lens, and is off-axis in an arbitrary direction. A technique for correcting chromatic aberration is disclosed.
Japanese Utility Model Publication No.55-48610 JP-A-2-33843 JP 2000-348658 Japanese Patent Laid-Open No. 2001-15055 WO 01/33603

特開2000-348658号公報に記載されている、対物レンズの磁界内で荷電粒子線を2段偏
向させる方法は、近年一般的になっている対物レンズ磁場を試料側に漏洩させて高分解能
を得る方式に対しては、2段の偏向手段を配置すべき空間が対物レンズ磁極と試料との間
になるため、対物レンズ磁極と試料との距離を大きくする必要が生じて高分解能が得られ
なくなる問題がある。このために、特開2000-348658号公報では、対物レンズの磁極を4
個設けて、高分解能観察用と荷電粒子線傾斜用とで磁極の組み合わせを切り替える技術を
示しているが、この方法においては、磁極の数が多くなる分だけ磁極間の軸ずれや切り替
えたときの諸問題(倍率ずれ、軸ずれ、走査条件の変化など)を解決する必要があり、実
用面での困難が伴う問題がある。
JP-A-2000-348658 describes a method of deflecting a charged particle beam in two steps within a magnetic field of an objective lens, in which the objective lens magnetic field, which has become common in recent years, leaks to the sample side to achieve high resolution. For the obtained method, the space in which the two-stage deflecting means is to be placed is between the objective lens magnetic pole and the sample, so that it is necessary to increase the distance between the objective lens magnetic pole and the sample and high resolution can be obtained. There is a problem that disappears. For this reason, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-348658 discloses that the magnetic pole of the objective lens is 4
The technology to switch the combination of magnetic poles for high-resolution observation and charged particle beam tilting is shown, but this method is used when the number of magnetic poles increases and the axis shifts or switches between the magnetic poles. It is necessary to solve these problems (magnification deviation, axis deviation, change in scanning conditions, etc.), and there is a problem with practical difficulties.

一般に、対物レンズの軸外の性質を利用して荷電粒子線を傾斜する場合には軸外色収差
だけでなくコマ収差も発生し、低加速電圧時には軸外色収差が支配的であるが、比較的高
い加速電圧を使用する場合には、軸外色収差よりもむしろコマ収差が問題となる。したが
って、比較的高い加速電圧ではコマ収差を除去することが重要になる。また、低加速電圧
であっても、荷電粒子線の傾斜角度を大きくするとコマ収差が大きくなるため、軸外色収
差を補正しても高分解能が得られない。したがって、荷電粒子線を高角度に傾斜させて高
分解能像を得るには、軸外色収差とコマ収差を同時に補正する必要があるが、特開2000-3
48658号公報に記載されている従来技術ではこの点の配慮がなされておらず、高角度傾斜
時に分解能が低下する問題がある。
In general, when the charged particle beam is tilted by utilizing the off-axis property of the objective lens, not only off-axis chromatic aberration but also coma aberration is generated, and off-axis chromatic aberration is dominant at low acceleration voltage. When high acceleration voltages are used, coma rather than off-axis chromatic aberration becomes a problem. Therefore, it is important to remove coma at a relatively high acceleration voltage. Even at a low acceleration voltage, coma aberration increases when the tilt angle of the charged particle beam is increased, so that high resolution cannot be obtained even if off-axis chromatic aberration is corrected. Therefore, in order to obtain a high-resolution image by tilting the charged particle beam at a high angle, it is necessary to correct off-axis chromatic aberration and coma at the same time.
In the prior art described in Japanese Patent No. 48658, this point is not taken into consideration, and there is a problem that the resolution is lowered when tilting at a high angle.

一方、特開2001-15055号公報に記載の技術では、荷電粒子線を対物レンズの軸外に入射
させたときに発生する軸外色収差をウィーンフィルタで補正しているが、ウィーンフィル
タではコマ収差の除去ができないため、高角度な荷電粒子線の傾斜、あるいは、比較的高
加速電圧に対する荷電粒子線の傾斜においては、分解能が低下する問題がある。
On the other hand, in the technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-15055, off-axis chromatic aberration that occurs when a charged particle beam is incident off the axis of the objective lens is corrected by the Wien filter. Therefore, there is a problem that the resolution is lowered when the charged particle beam is tilted at a high angle or when the charged particle beam is tilted with respect to a relatively high acceleration voltage.

対物レンズの振り戻し作用を利用して荷電粒子線(ビーム)を試料上で傾斜するときに
発生する収差について、図2により説明する。ビーム4をビーム傾斜角制御コイル51に
より対物レンズ7の物点で偏向して対物レンズ7の軸外に入射させると、対物レンズ7の
集束作用によりビーム4が試料10上で傾斜する。この場合、対物レンズ7から見た物点
位置が移動していないため、ビームを傾斜しても視野が移動しない。ビームを傾斜したと
きの視野ずれを補正すると、ビームは原理的に図2に示す偏向条件を満たすことになる。
The aberration that occurs when the charged particle beam (beam) is tilted on the sample using the swinging action of the objective lens will be described with reference to FIG. When the beam 4 is deflected at the object point of the objective lens 7 by the beam tilt angle control coil 51 and is incident off the axis of the objective lens 7, the beam 4 is tilted on the sample 10 by the focusing action of the objective lens 7. In this case, since the object point position seen from the objective lens 7 has not moved, the field of view does not move even if the beam is tilted. When the visual field shift when the beam is tilted is corrected, the beam in principle satisfies the deflection condition shown in FIG.

物点が光軸上にあるときに発生する対物レンズの収差は、球面収差と軸上色収差である
。このとき、対物レンズで発生する収差(Δwi)は、試料上での軌道勾配(w'i)の関数
として次の多項式(1)で表現される。なお、軌道勾配は、軌道関数w(w = x + j・y:jは
複素数の虚数単位)の光軸zに関する微分で表し、本明細書ではzに関する微分をダッシ
ュ「'」で表す。
The aberrations of the objective lens that occur when the object point is on the optical axis are spherical aberration and axial chromatic aberration. At this time, the aberration (Δw i ) generated in the objective lens is expressed by the following polynomial (1) as a function of the orbital gradient (w ′ i ) on the sample. The orbital gradient is represented by a derivative with respect to the optical axis z of the orbital function w (w = x + j · y: j is an imaginary unit of a complex number), and in this specification, a derivative with respect to z is represented by a dash “′”.

Figure 0004627771
Figure 0004627771

対物レンズの振り戻し作用によりビームを傾斜した場合、試料上での軌道勾配(w'i
は、ビーム傾斜角度に対応する軌道勾配(w't)とビーム開き角に関連する軌道勾配(w'f
)の和として、次のように書ける。
When the beam is tilted by the swinging action of the objective lens, the orbital gradient on the sample (w ' i )
Is the orbital gradient (w ' t ) corresponding to the beam tilt angle and the orbital gradient (w' f ) related to the beam opening angle.
) As the sum of

Figure 0004627771
Figure 0004627771

試料上での軌道勾配座標系(w'i -座標系)でビームの状況を表した模式図を図3に示
す。図3の横軸は像面上におけるX方向の軌道の傾きを表し、縦軸はY方向の軌道の傾きを
表す。軌道の勾配はzに関する微分で表されるため、先に述べたようにダッシュ「'」を
つけた記述になっている。図3に示す円形図形(ビーム領域)は、一次ビームがレンズの
集束作用によって種々の勾配を持つ軌道の集合として表されるため、この集合の領域を表
している。図3において、ビームの集束軌道の中心がビーム傾斜(w't)に対応するため
、この分だけ円形図形が(xi',yi')の座標系の中心からずれている。ビーム傾斜時の収
差は、式(1)に式(3),(4)を代入して式(5)のように得られる。
FIG. 3 is a schematic diagram showing the state of the beam in the orbital gradient coordinate system (w ′ i -coordinate system) on the sample. The horizontal axis in FIG. 3 represents the inclination of the trajectory in the X direction on the image plane, and the vertical axis represents the inclination of the trajectory in the Y direction. Since the gradient of the orbit is expressed by a differential with respect to z, the dash “′” is added as described above. The circular figure (beam region) shown in FIG. 3 represents the region of this set because the primary beam is expressed as a set of trajectories having various gradients by the focusing action of the lens. In FIG. 3, since the center of the beam focusing trajectory corresponds to the beam tilt (w ′ t ), the circular figure is displaced from the center of the coordinate system (x i ′, y i ′) by this amount. The aberration when the beam is tilted can be obtained by substituting Equations (3) and (4) into Equation (1) as Equation (5).

Figure 0004627771
Figure 0004627771

式(5)を展開すると、式(6)となり、本来は軸上収差のみの系からビーム傾斜(軌道の離
軸)によってザイデル収差(球面収差、コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、歪曲収差)
と軸上色収差、軸外色収差が発生することがわかる。
When formula (5) is developed, formula (6) is obtained, and originally Seidel aberration (spherical aberration, coma aberration, astigmatism, field curvature aberration, Distortion)
It can be seen that on-axis chromatic aberration and off-axis chromatic aberration occur.

Figure 0004627771
Figure 0004627771

これらの収差を以下に項目別に列挙する。   These aberrations are listed below by item.

Figure 0004627771
Figure 0004627771

上記した項目の中で、w'tを含む項がビーム傾斜で発生する収差であり、コマ収差、非
点収差、像面湾曲収差、歪曲収差、軸外色収差が該当するが、ビーム集束角度(w'f)、
およびエネルギー幅ΔVの関数εiを含む収差のみ(コマ収差、非点収差、像面湾曲収差、
軸外色収差)がビーム傾斜時の分解能低下を起こす。
Among the items described above, the term including w ′ t is an aberration generated by the beam tilt, and includes coma, astigmatism, curvature of field aberration, distortion, and off-axis chromatic aberration. w ' f ),
And only aberrations including energy range ΔV function ε i (coma, astigmatism, field curvature,
Off-axis chromatic aberration) reduces resolution when the beam is tilted.

ビーム傾斜時に分解能を低下させる収差のなかで、非点収差は通常用いられている非点
補正コイルにより容易に補正できる。また、像面湾曲収差はビーム傾斜によるフォーカス
ずれのため、フォーカス条件(対物レンズ電流)を補正すれば消すことができる。さらに
、歪曲収差は、ビーム傾斜による照射位置のずれのため、ビーム傾斜に連動して照射位置
を補正すれば消すことができる。したがって、最終的に考慮すべき収差は軸外色収差とコ
マ収差であり、どちらもビーム傾斜角(w't)に比例して増大する。
Among the aberrations that reduce the resolution when the beam is tilted, astigmatism can be easily corrected by a commonly used astigmatism correction coil. Further, the field curvature aberration can be eliminated by correcting the focus condition (objective lens current) because it is out of focus due to beam tilt. Furthermore, the distortion can be eliminated if the irradiation position is corrected in conjunction with the beam inclination because the irradiation position is shifted due to the beam inclination. Therefore, the aberrations to be finally considered are off-axis chromatic aberration and coma aberration, both of which increase in proportion to the beam tilt angle (w ′ t ).

本発明の目的は、上述した軸外色収差とコマ収差を実用的に容易な方法により除去して
、分解能の低下を抑えた高角度ビーム傾斜が可能な荷電粒子線装置を提供することにある
An object of the present invention is to provide a charged particle beam apparatus capable of removing the above-described off-axis chromatic aberration and coma aberration by a practically easy method and capable of tilting a high angle beam while suppressing a decrease in resolution.

上記目的を達成するため、対物レンズを含む少なくとも2段以上の集束レンズを配置し
、各々のレンズ軸外にビームを入射させる偏向手段を設け、各レンズで発生した軸外収差
(軸外色収差及び/又はコマ収差)が互いにキャンセルするように、すなわち各レンズで
発生した軸外収差の総和がゼロ、或いはゼロに近くなるようにした。また、ビーム傾斜角
度に連動して非点収差を制御する手段を設けて、ビーム傾斜角によって変化する非点収差
の補正を可能にした。ビーム傾斜角に連動して対物レンズの焦点距離を制御するのも有効
である。さらに、ビーム傾斜角に連動して照射位置のずれを補正することも可能にした。
In order to achieve the above object, at least two or more stages of focusing lenses including an objective lens are arranged, and a deflecting unit for making a beam incident outside each lens axis is provided, and off-axis aberrations (off-axis chromatic aberration and (Or coma aberration) cancel each other, that is, the sum of off-axis aberrations generated in each lens is zero or close to zero. In addition, means for controlling astigmatism in conjunction with the beam tilt angle is provided to enable correction of astigmatism that varies with the beam tilt angle. It is also effective to control the focal length of the objective lens in conjunction with the beam tilt angle. Furthermore, it has become possible to correct the deviation of the irradiation position in conjunction with the beam tilt angle.

更に他の構成として、偏向手段に換えて、絞り機構を設け、ビームの通過を制限するこ
とで、実質的にレンズ軸外にビームを入射させるようにした。
As another configuration, a diaphragm mechanism is provided in place of the deflecting means, and the passage of the beam is limited so that the beam is substantially incident outside the lens axis.

本発明によれば、対物レンズの集束作用を利用したビーム傾斜を行っても、軸外色収差
やコマ収差、および非点収差の影響を受けず、高分解能な傾斜観察像を得ることが可能に
なる。
According to the present invention, it is possible to obtain a high-resolution tilt observation image without being affected by off-axis chromatic aberration, coma aberration, and astigmatism even when beam tilting using the focusing action of the objective lens is performed. Become.

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。以下の図において、同じ機能部分
には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following drawings, the same functional parts are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

図1は、本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図である。陰極1と第一陽極2
の間には、コンピュータ40で制御される高圧制御電源20により電圧が印加され、所定
のエミッション電流で一次電子線4が陰極1から引き出される。陰極1と第二陽極3の間
には、コンピュータ40で制御される高圧制御電源20により加速電圧が印加され、陰極
1から放出された一次電子線4が加速されて後段のレンズ系に進行する。一次電子線4は
、レンズ制御電源21で制御された集束レンズ5で集束され、絞り板8で一次電子線の不
要な領域が除去された後に、レンズ制御電源22で制御された集束レンズ6、および対物
レンズ制御電源23で制御された対物レンズ7により、試料10に微小スポットとして集
束される。対物レンズ7は、インレンズ方式、アウトレンズ方式、およびシュノーケル方
式(セミインレンズ方式)など、種々の形態をとることができる。また、試料に負の電圧
を印加して一次電子線を減速させるリターディング方式も可能である。さらに、各々のレ
ンズは、複数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope which is an example of the present invention. Cathode 1 and first anode 2
In the meantime, a voltage is applied by the high-voltage control power source 20 controlled by the computer 40, and the primary electron beam 4 is drawn from the cathode 1 with a predetermined emission current. An acceleration voltage is applied between the cathode 1 and the second anode 3 by a high-voltage control power source 20 controlled by a computer 40, and the primary electron beam 4 emitted from the cathode 1 is accelerated and proceeds to the subsequent lens system. . The primary electron beam 4 is focused by the focusing lens 5 controlled by the lens control power source 21, and after the unnecessary region of the primary electron beam is removed by the diaphragm plate 8, the focusing lens 6 controlled by the lens control power source 22, And the object lens 7 controlled by the object lens control power source 23 is focused on the sample 10 as a minute spot. The objective lens 7 can take various forms such as an in-lens system, an out-lens system, and a snorkel system (semi-in-lens system). A retarding method is also possible in which a negative voltage is applied to the sample to decelerate the primary electron beam. Furthermore, each lens may be composed of an electrostatic lens composed of a plurality of electrodes.

一次電子線4は、走査コイル制御電源24によって制御される走査コイル9で試料10
上を二次元的に走査される。一次電子線の照射で試料10から発生した二次電子等の二次
信号12は、対物レンズ7の上部に進行した後、二次信号分離用の直交電磁界発生装置1
1により、一次電子と分離されて二次信号検出器13に検出される。二次信号検出器13
で検出された信号は、信号増幅器14で増幅された後、画像メモリ25に転送されて像表
示装置26に試料像として表示される。
The primary electron beam 4 is scanned by a scanning coil 9 controlled by a scanning coil control power supply 24 and a sample 10.
The top is scanned two-dimensionally. The secondary signal 12 such as secondary electrons generated from the sample 10 by the irradiation of the primary electron beam travels to the upper part of the objective lens 7 and then the orthogonal electromagnetic field generator 1 for secondary signal separation.
1 is separated from the primary electrons and detected by the secondary signal detector 13. Secondary signal detector 13
After being amplified by the signal amplifier 14, it is transferred to the image memory 25 and displayed on the image display device 26 as a sample image.

走査コイル9と同じ位置に2段の偏向コイル51が配置されており、傾斜制御電源31
によって対物レンズの物点が偏向支点となるように、対物レンズに入射する一次電子線4
の位置を二次元的に制御できる。こうして、対物レンズの光軸に対してビームを傾斜させ
ることができる。集束レンズ6の付近に非点収差補正コイル53が配置されており、ビー
ム傾斜条件に連動して非点補正電源33で制御される。集束レンズ6と絞り板8の間には
2段の偏向コイル52が配置されており、集束レンズ6の物点が偏向の支点となるように
、収差制御電源32によって集束レンズ6に入射する一次電子線4の位置を二次元的に制
御できる。偏向コイル51には、対物レンズの物点が偏向支点となる一次電子線位置制御
信号に加えて、一次電子線の試料上での照射位置を二次元的に制御できる制御信号も流す
ことができ、ビーム傾斜条件に連動して照射位置のずれを補正できる。
A two-stage deflection coil 51 is disposed at the same position as the scanning coil 9, and the tilt control power supply 31 is provided.
The primary electron beam 4 incident on the objective lens so that the object point of the objective lens becomes a deflection fulcrum by
Can be controlled two-dimensionally. In this way, the beam can be tilted with respect to the optical axis of the objective lens. An astigmatism correction coil 53 is disposed in the vicinity of the focusing lens 6 and is controlled by the astigmatism correction power source 33 in conjunction with the beam tilt condition. A two-stage deflection coil 52 is disposed between the focusing lens 6 and the aperture plate 8, and the primary incident on the focusing lens 6 by the aberration control power supply 32 so that the object point of the focusing lens 6 becomes a deflection fulcrum. The position of the electron beam 4 can be controlled two-dimensionally. In addition to the primary electron beam position control signal in which the object point of the objective lens is the deflection fulcrum, a control signal that can two-dimensionally control the irradiation position of the primary electron beam on the sample can be passed to the deflection coil 51. The displacement of the irradiation position can be corrected in conjunction with the beam tilt condition.

試料ステージ15は、試料を少なくとも一次電子線と垂直な面内の2方向(X方向、Y
方向)に試料10を移動することができる。入力装置42からは、画像の取り込み条件(
走査速度、加速電圧など)やビーム傾斜条件(傾斜方向や傾斜角度)の指定、および画像
の出力や記憶装置41への保存などを指定することができる。
The sample stage 15 has at least two directions (X direction, Y direction) in a plane perpendicular to the primary electron beam.
The sample 10 can be moved in the direction). From the input device 42, an image capture condition (
It is possible to specify scanning speed, acceleration voltage, etc.) and beam tilt conditions (tilt direction and tilt angle), and output of images, storage in the storage device 41, and the like.

〔実施例1〕
図1の構成を有する走査電子顕微鏡により、ビーム傾斜時に発生する軸外色収差を補正
するための実施例について、その主要部分を抜粋した図4を用いて以下に詳細に説明する

偏向コイル52(以下、この偏向コイル52を収差制御コイルという)により、集束レ
ンズ6の物点が偏向支点となるように一次ビーム4を偏向すると、ビーム傾斜時と同じ性
質の収差を集束レンズ6で発生させることができる。集束レンズ6の像点(クロスオーバ
点)でのビームエネルギーをV1とすると、式(2)に対応するエネルギー幅のパラメータは
、次式(13)となる。
[Example 1]
An embodiment for correcting off-axis chromatic aberration that occurs when the beam is tilted by the scanning electron microscope having the configuration shown in FIG. 1 will be described below in detail with reference to FIG.
When the primary beam 4 is deflected by the deflection coil 52 (hereinafter, this deflection coil 52 is referred to as an aberration control coil) so that the object point of the focusing lens 6 becomes a deflection fulcrum, the aberration of the same property as that of the beam tilting is obtained. Can be generated. When the beam energy at the image point of the focusing lens 6 (crossover point) and V 1, the parameters of the energy width corresponding to formula (2) is represented by the following formula (13).

Figure 0004627771
Figure 0004627771

一方、対物レンズの角倍率をMaとすると、収差補正レンズ像点でのビームの集束角(w'
f1)は、式(14) で与えられる。
On the other hand, if the angular magnification of the objective lens is Ma, the beam converging angle (w '
f1 ) is given by equation (14).

Figure 0004627771
Figure 0004627771

さらに、集束レンズ6のビーム傾斜角(収差補正用)をw't1とし、対物レンズ7による
ビーム傾斜角w'tとの比をkで表すと、式(15) より、集束レンズ6で発生した収差が最終
フォーカス点に現れる量Δw1は、対物レンズの光学倍率をMとするとき、式(16) となる
Furthermore, if the beam tilt angle (for aberration correction) of the focusing lens 6 is w ′ t1 and the ratio to the beam tilt angle w ′ t by the objective lens 7 is represented by k, it is generated in the focusing lens 6 from the equation (15). The amount Δw 1 at which the aberration appears at the final focus point is expressed by Equation (16), where M is the optical magnification of the objective lens.

Figure 0004627771
Figure 0004627771

Cs1:集束レンズ6の球面収差係数
Cc1:集束レンズ6の軸上色収差係数
これより、対物レンズ7が作る軸外色収差をキャンセルするための集束レンズ6のビー
ム傾斜条件(kの条件)は、式(17) より、式(18) となる。
C s1 : spherical aberration coefficient of the focusing lens 6
C c1 : On-axis chromatic aberration coefficient of the focusing lens 6 From this, the beam tilt condition (condition of k) of the focusing lens 6 for canceling off-axis chromatic aberration generated by the objective lens 7 is expressed by the following equation (18) )

Figure 0004627771
Figure 0004627771

ここで、式(18)の右辺にはマイナスの符号がついているが、図4の構成の場合には、光
学倍率Mがマイナスの値となって式(18)のkの値がプラスになる。例えば、式(18)の値が0
.2になったとすると、対物レンズ7によるビーム傾斜角度の0.2倍の角度だけ、集束レン
ズ6でビームを傾斜させればよい。対物レンズ7によるビーム傾斜角度は、偏向コイル5
1(以下、この偏向コイル51をビーム傾斜角制御コイルという)の電流に比例するため
、予めビーム傾斜角制御コイル51の電流と対応する対物レンズ7によるビーム傾斜角度
との関係を記憶装置41に登録することでプリセットしておくことができる。また、集束
レンズ6によるビーム傾斜角度は、収差制御コイル52の電流に比例するため、収差制御
コイル52の電流と集束レンズ6によるビーム傾斜角度の関係を予め記憶装置41に登録
する等してプリセットしておくことができる。これらのプリセット条件と式(18)の値によ
り、ビーム傾斜角制御コイル51と収差制御コイル52の電流の比例関係が式(18)のkの
値を満たすように、ビーム傾斜角制御電源31と収差制御電源32をコンピュータ40に
より制御することができる。一方、式(18)のkの符号がマイナスになる場合には、対物レ
ンズでのビーム傾斜の方向と逆向きの方向で集束レンズ6によるビーム傾斜を行うことを
意味するため、この場合には、ビーム傾斜角制御コイル51に対する収差補正コイル52
の電流が逆極性になる。
Here, a minus sign is attached to the right side of the equation (18), but in the case of the configuration of FIG. 4, the optical magnification M is a minus value and the value of k in the equation (18) is a plus. . For example, the value of equation (18) is 0
If it becomes 0.2, the beam may be tilted by the focusing lens 6 by an angle 0.2 times the beam tilt angle by the objective lens 7. The beam tilt angle by the objective lens 7 depends on the deflection coil 5.
1 (hereinafter, this deflection coil 51 is referred to as a beam tilt angle control coil), the relationship between the current of the beam tilt angle control coil 51 and the beam tilt angle by the corresponding objective lens 7 is stored in the storage device 41 in advance. It can be preset by registering. Further, since the beam tilt angle by the focusing lens 6 is proportional to the current of the aberration control coil 52, the relationship between the current of the aberration control coil 52 and the beam tilt angle by the focusing lens 6 is preset in the storage device 41 or the like. Can be kept. With these preset conditions and the value of equation (18), the beam inclination angle control power supply 31 and the beam inclination angle control power source 31 are set so that the proportional relationship between the currents of the beam inclination angle control coil 51 and the aberration control coil 52 satisfies the value k of equation (18). The aberration control power source 32 can be controlled by the computer 40. On the other hand, if the sign of k in equation (18) is negative, it means that the beam is tilted by the focusing lens 6 in the direction opposite to the beam tilt direction of the objective lens. Aberration correction coil 52 for beam tilt angle control coil 51
The current of reverse polarity.

一方、コマ収差をキャンセルする条件を求めると、式(19)より式(20)のようになる。   On the other hand, when the condition for canceling the coma aberration is obtained, Expression (20) is obtained from Expression (19).

Figure 0004627771
Figure 0004627771

この場合のkの値は、一般には式(18)のkの値と異なるため、式(20)のkの値を選択し
たときには、式(18)を満足しなくなり、ビーム傾斜に伴って色収差が発生する。これは、
対物レンズ7と集束レンズ6の形状が異なるために、対物レンズ7でビームを傾斜したと
きに発生する色収差とコマ収差の大きさの比が、集束レンズ6でビームを傾斜したときに
発生する色収差とコマ収差の大きさの比に一致しないことによる。
Since the value of k in this case is generally different from the value of k in equation (18), when the value of k in equation (20) is selected, equation (18) is not satisfied, and chromatic aberration is associated with beam tilt. Will occur. this is,
Since the shapes of the objective lens 7 and the focusing lens 6 are different, the ratio between the magnitude of chromatic aberration and coma aberration that occurs when the beam is tilted by the objective lens 7 is the chromatic aberration that occurs when the beam is tilted by the focusing lens 6. And the coma aberration magnitude ratio does not match.

本実施例では、例えば、加速電圧5kV以下の低加速電圧において軸外色収差が支配的
の場合には、式(18)の条件を満たすようにビーム傾斜角制御コイル51と収差制御コイ
ル52を連動して制御する。また、加速電圧が5kVを超える条件ではコマ収差が支配的
となるため、式(20)を満たすようにビーム傾斜角制御コイル51と収差制御コイル52を
連動して制御する。なお、色収差支配かコマ収差支配かの境界を決める加速電圧は対物レ
ンズの球面収差係数と軸上色収差係数、および一次電子線のエネルギー幅に依存するため
、この境となる加速電圧は5kVに限定されるものではない。収差制御コイル52の最適
制御条件は、ビーム傾斜角度に比例するため、本実施例では、予め特定のビーム傾斜角度
に対して適切な条件をプリセットし、この値から、任意のビーム傾斜角に対する制御条件
を計算してビーム傾斜角制御コイル51と収差制御コイル52の連動条件を決めて、各コ
イルの制御を行う。
In this embodiment, for example, when the off-axis chromatic aberration is dominant at a low acceleration voltage of 5 kV or less, the beam tilt angle control coil 51 and the aberration control coil 52 are interlocked so as to satisfy the condition of Expression (18). And control. Further, since the coma aberration is dominant under the condition that the acceleration voltage exceeds 5 kV, the beam tilt angle control coil 51 and the aberration control coil 52 are controlled in conjunction so as to satisfy the equation (20). The acceleration voltage that determines the boundary between chromatic aberration control and coma aberration control depends on the spherical aberration coefficient and axial chromatic aberration coefficient of the objective lens, and the energy width of the primary electron beam. Therefore, the acceleration voltage at the boundary is limited to 5 kV. Is not to be done. Since the optimum control condition of the aberration control coil 52 is proportional to the beam tilt angle, in this embodiment, an appropriate condition is preset in advance for a specific beam tilt angle, and from this value, control for an arbitrary beam tilt angle is performed. The conditions are calculated to determine the interlocking condition between the beam tilt angle control coil 51 and the aberration control coil 52, and each coil is controlled.

〔実施例2〕
ビーム傾斜時に軸外色収差とコマ収差が同程度に影響する場合、あるいは、ビーム傾斜
角度が例えば5°以上と大きい場合には、軸外色収差とコマ収差とを同時に補正する必要
がある。
軸外色収差とコマ収差とを同時に補正するには、式(18)と式(20)が同じkの値になるこ
とが必要である。この条件を満たすには、対物レンズの光学倍率(横倍率)を含む条件の
設定が必要となる。この条件は、電子光学理論で周知の関係式(21) を用いて、式(22) で
与えられる。
[Example 2]
When the off-axis chromatic aberration and the coma aberration are affected to the same extent when the beam is tilted, or when the beam tilt angle is large, for example, 5 ° or more, it is necessary to correct the off-axis chromatic aberration and the coma aberration at the same time.
In order to simultaneously correct the off-axis chromatic aberration and the coma aberration, it is necessary that Expression (18) and Expression (20) have the same value of k. In order to satisfy this condition, it is necessary to set conditions including the optical magnification (lateral magnification) of the objective lens. This condition is given by equation (22) using relational equation (21) well known in electron optical theory.

Figure 0004627771
Figure 0004627771

式(22)は、集束レンズ6の焦点位置を所定の条件にすることで満足させることができ
る。すなわち、集束レンズ6の焦点位置を対物レンズ側に移動するとMの値が大きくなり
、対物レンズから遠ざけるとMの値が小さくなる。したがって、図5に示すように、縦軸
にA(=M2(Cci/Csi)-(Cc1/Cs1))を取り、横軸に集束レンズ6の焦点位置を取ると、A=0に
なる焦点位置を見出すことができる。A=0になる焦点位置は、すなわち、式(22)を満足す
る条件であるので、この焦点位置を、予めシミュレーションや実験により決定することが
できる。
Expression (22) can be satisfied by setting the focal position of the focusing lens 6 to a predetermined condition. That is, the value of M increases when the focal position of the focusing lens 6 is moved toward the objective lens, and the value of M decreases when the focus lens 6 is moved away from the objective lens. Therefore, as shown in FIG. 5, when A (= M 2 (C ci / C si ) − (C c1 / C s1 )) is taken on the vertical axis and the focal position of the focusing lens 6 is taken on the horizontal axis, A It is possible to find the focal position where = 0. Since the focus position where A = 0 is satisfied, that is, the condition satisfying the equation (22), this focus position can be determined in advance by simulation or experiment.

式(21)の関係を用いると、収差制御コイル52の最適制御条件を与える式(20)は、式
(23)となる。
Using the relationship of Equation (21), Equation (20) that gives the optimal control condition for the aberration control coil 52 is
(23)

Figure 0004627771
Figure 0004627771

本実施例では、式(21)の関係を満たすように集束レンズ6の励磁条件を設定するととも
に、式(23)の関係を満たすようにビーム傾斜角制御コイル51と収差制御コイル52を連
動して制御する。
In the present embodiment, the excitation condition of the focusing lens 6 is set so as to satisfy the relationship of the equation (21), and the beam tilt angle control coil 51 and the aberration control coil 52 are interlocked so as to satisfy the relationship of the equation (23). Control.

図6のフローチャートを用いて、色収差とコマ収差を同時に補正する制御フローを説明
する。
A control flow for simultaneously correcting chromatic aberration and coma will be described with reference to the flowchart of FIG.

最初、式(22)を満たすMの値を実現するための集束レンズ6の焦点位置を予めシミュレ
ーションや実験で求めて記憶装置41に登録する(ステップ11)。次に、式(23)を満た
すkの値を予め計算して記憶装置41に登録する。kの値は、予めシミュレーションや実
験で決めた値を使うこともできる(ステップ12)。
First, the focal position of the focusing lens 6 for realizing the value of M satisfying the equation (22) is obtained in advance by simulation or experiment and registered in the storage device 41 (step 11). Next, a value of k that satisfies Equation (23) is calculated in advance and registered in the storage device 41. As the value of k, a value determined in advance by simulation or experiment can be used (step 12).

更に、対物レンズ7によるビーム傾斜角とビーム傾斜角制御コイル51の電流の関係を
予めシミュレーションや実験で求めて記憶装置41に登録し(ステップ13)、集束レン
ズ6によるビーム傾斜角と収差制御コイル52の電流の関係を予めシミュレーションや実
験で求めて記憶装置41に登録する(ステップ14)。次に、式(23)を満たすkの値から
、ビーム傾斜角制御コイル51と収差制御コイル52の電流の関係を求めて記憶装置41
に登録する(ステップ15)。
Further, the relationship between the beam tilt angle by the objective lens 7 and the current of the beam tilt angle control coil 51 is obtained in advance by simulation or experiment and registered in the storage device 41 (step 13), and the beam tilt angle by the focusing lens 6 and the aberration control coil are registered. The relationship between the currents of 52 is obtained in advance by simulation or experiment and registered in the storage device 41 (step 14). Next, the relationship between the currents of the beam tilt angle control coil 51 and the aberration control coil 52 is obtained from the value of k satisfying Expression (23), and the storage device 41 is obtained.
(Step 15).

次に、コンピュータ40により、ステップ13で登録した関係とビーム傾斜角からビー
ム傾斜角制御コイル51の電流を設定し(ステップ16)、ステップ15で登録した関係
から、ビーム傾斜角制御コイル51に対応する収差制御コイル52の電流を設定する(ス
テップ17)。
Next, the current of the beam tilt angle control coil 51 is set by the computer 40 from the relationship registered in step 13 and the beam tilt angle (step 16), and the beam tilt angle control coil 51 is handled from the relationship registered in step 15. The current of the aberration control coil 52 to be set is set (step 17).

〔実施例3〕
本実施例では、さらに、ビーム傾斜に連動して非点収差補正コイルと対物レンズ電流を
制御する。ビーム傾斜で発生する非点収差は、式(9)から明らかなように、ビーム傾斜角
(w't)の2乗に比例して増大する。ビーム傾斜角(w't)は、ビーム傾斜角制御コイル5
1の電流に比例するため、本実施例では、ビーム傾斜角制御コイル51の電流に対して予
め定めた複数の条件に対して、図9に示すように非点収差が補正される非点収差補正コイ
ル53の動作条件を記憶装置41に登録するなどしてプリセットしておく。ビーム傾斜に
よって発生する非点収差は、ビーム傾斜角が0(ビーム傾斜角制御コイル51の電流が0
)のときの非点補正量(Isx0, Isy0)と任意のビーム傾斜角での非点補正量の差で与えら
れる。よって、ビーム傾斜角制御コイル51の電流(Ix, Iy)が(0, 0)の条件と、予め
定めた電流(Ix0, Iy0)の条件における非点収差補正電流を(Isx0, Isy0)at (Ix, Iy)=(0
, 0), (Isx1, Isy1) at (Ix, Iy)=(Ix0, 0), (Isx2, Isy2) at (Ix, Iy)=(0, Iy0), (Isx
3, Isy3) at (Ix, Iy)=(Ix0, Iy0)として記憶装置41にプリセットしておき、コンピュ
ータ40は、これらのプリセット値から任意のビーム傾斜角制御コイル51の電流(Ix,
Iy)に対する非点収差補正コイル53の電流(Isx, Isy)を、次のように連動して制御す
る。
Example 3
In this embodiment, the astigmatism correction coil and the objective lens current are further controlled in conjunction with the beam tilt. Astigmatism generated by the beam tilt increases in proportion to the square of the beam tilt angle (w ′ t ), as is apparent from the equation (9). The beam tilt angle (w ' t ) is determined by the beam tilt angle control coil 5.
In this embodiment, astigmatism is corrected for astigmatism as shown in FIG. 9 with respect to a plurality of predetermined conditions for the current of the beam tilt angle control coil 51. The operation conditions of the correction coil 53 are preset in the storage device 41 or the like. Astigmatism caused by the beam tilt has a beam tilt angle of 0 (the current of the beam tilt angle control coil 51 is 0).
) Is the difference between the astigmatism correction amount (Isx0, Isy0) and the astigmatism correction amount at an arbitrary beam tilt angle. Therefore, the astigmatism correction current under the condition that the current (Ix, Iy) of the beam tilt angle control coil 51 is (0, 0) and the predetermined current (Ix0, Iy0) is (Isx0, Isy0) at ( Ix, Iy) = (0
, 0), (Isx1, Isy1) at (Ix, Iy) = (Ix0, 0), (Isx2, Isy2) at (Ix, Iy) = (0, Iy0), (Isx
3, Isy3) at (Ix, Iy) = (Ix0, Iy0) is preset in the storage device 41, and the computer 40 determines the current (Ix,
The current (Isx, Isy) of the astigmatism correction coil 53 with respect to Iy) is controlled in conjunction with the following.

Figure 0004627771
Figure 0004627771

この制御により、ビーム傾斜角制御コイル51の電流を設定してビーム傾斜角を制御し
ても非点収差が自動的に補正されるように非点収差補正コイル53が設定される。
With this control, the astigmatism correction coil 53 is set so that astigmatism is automatically corrected even if the beam tilt angle is controlled by setting the current of the beam tilt angle control coil 51.

さらに、ビーム傾斜角制御コイル51の電流(Ix, Iy)を(0, 0)から(Ix0, 0)にし
たときのフォーカス電流(対物レンズ電流)ずれをΔIo1、(Ix, Iy)を(0, 0)から(0
, Iy0)にしたときのフォーカス電流のずれをΔIo2としてそれぞれ記憶装置41に登録す
る。コンピュータ40は、これらの登録値を用いて、任意のビーム傾斜角制御コイル51
の電流(Ix, Iy)に対してフォーカス電流の補正値ΔIoを次のように連動して制御する。
Further, when the current (Ix, Iy) of the beam tilt angle control coil 51 is changed from (0, 0) to (Ix0, 0), the focus current (objective lens current) shift is ΔIo1 and (Ix, Iy) is (0 , 0) to (0
, Iy0) is registered in the storage device 41 as ΔIo2, respectively. The computer 40 uses these registered values to select an arbitrary beam tilt angle control coil 51.
The focus current correction value ΔIo is controlled in conjunction with the current (Ix, Iy) in the following manner.

Figure 0004627771
Figure 0004627771

この制御により、ビーム傾斜角制御コイル51の電流を設定してビーム傾斜角を制御し
ても、フォーカスのずれが自動的に補正される。
By this control, even if the beam tilt angle is controlled by setting the current of the beam tilt angle control coil 51, the focus shift is automatically corrected.

〔実施例4〕
図7に、集束レンズ6を2個のレンズで構成した実施例を示す。ビーム傾斜により対物
レンズで発生したコマ収差をキャンセルする収差を、対物レンズより電子源側の集束レン
ズで発生させるには、集束レンズの球面収差を大きくする必要がある。何となれば、式(2
3)で示される通り、集束レンズの球面収差が最終フォーカス点に与える寄与(収差の補正
量)が対物レンズの光学倍率(M<1)の3乗に比例して小さくなるためである。そのた
め、ビーム傾斜時には大きな球面収差が得られるように、磁極孔径とギャップの小さい集
束レンズが望ましい。一方で、球面収差が大きいレンズは、高分解能観察に対してはデメ
リットをもたらす。本実施例では、高分解能に特化した用途とビーム傾斜機能とを両立さ
せるために、球面収差などの幾何収差が小さいレンズ61と逆に幾何収差の大きなレンズ
62をペアにしている。
Example 4
FIG. 7 shows an embodiment in which the focusing lens 6 is composed of two lenses. In order to generate an aberration that cancels coma generated in the objective lens due to beam tilt in the focusing lens closer to the electron source than the objective lens, it is necessary to increase the spherical aberration of the focusing lens. What happens is the expression (2
This is because the contribution (aberration correction amount) given by the spherical aberration of the focusing lens to the final focus point becomes smaller in proportion to the cube of the optical magnification (M <1) of the objective lens, as shown in 3). Therefore, a focusing lens having a small pole hole diameter and a small gap is desirable so that a large spherical aberration can be obtained when the beam is tilted. On the other hand, a lens having a large spherical aberration brings a disadvantage for high-resolution observation. In this embodiment, in order to achieve both a purpose specialized for high resolution and a beam tilt function, a lens 61 having a large geometric aberration is paired with a lens 61 having a small geometric aberration such as spherical aberration.

本実施例によれば、ビームを傾斜しない用途には高分解能用のレンズ(孔径の大きい磁
極を有するレンズ)61を用い、ビームを傾斜する用途には幾何収差の大きなレンズ(孔
径とギャップの小さい磁極を有するレンズ)62に切り替えて使用できる。つまり、高分
解能観察時には、幾何収差の小さな高分解能用レンズ61を使用し、幾何収差の大きなレ
ンズ62はオフにする。一方、ビーム傾斜時には、幾何収差の大きなレンズ62を用い、
高分解能用レンズ61はオフにする。また、収差制御用コイル63に軸ずれ補正用のアラ
イメントコイルとしての機能を兼用させることで、磁極の切り替えに伴う軸ずれを解決で
きる。
According to the present embodiment, a high resolution lens (a lens having a magnetic pole having a large hole diameter) 61 is used for an application not tilting the beam, and a lens having a large geometric aberration (a small hole diameter and a small gap) is used for tilting the beam. The lens can be switched to a lens 62 having a magnetic pole. That is, at the time of high resolution observation, the high resolution lens 61 having a small geometric aberration is used and the lens 62 having a large geometric aberration is turned off. On the other hand, when the beam is tilted, a lens 62 having a large geometric aberration is used.
The high resolution lens 61 is turned off. Further, by making the aberration control coil 63 also function as an alignment coil for correcting the axial deviation, the axial deviation associated with the switching of the magnetic pole can be solved.

以上述べた実施例では、ビーム傾斜で発生する対物レンズの収差を他の一個のレンズで
補正する方法を開示したが、対物レンズの収差を補正するのに2個以上の複数のレンズを
用いることも可能である。
In the embodiments described above, the method of correcting the aberration of the objective lens caused by the beam tilt with another lens is disclosed. However, two or more lenses are used to correct the aberration of the objective lens. Is also possible.

例えば、ビーム傾斜時に発生する色収差を例に複数のレンズで対物レンズの収差を補正
する原理について、図8を用いて説明する。対物レンズでビームを傾斜したときに発生す
る色収差は、ビーム傾斜方向に対応してX成分とY成分が発生する。この収差は、対物レ
ンズに限らず、どのような集束レンズでもビームを傾斜すれば発生するが、その大きさは
レンズの磁極形状や動作条件(焦点距離など)で異なる。そのため、複数のレンズを用い
て、それぞれのレンズでビームを傾斜させたときに、それらが作る色収差のベクトルと対
物レンズで作る色収差のベクトルの総和(ベクトル和)が図8に示すように0に戻るよう
にすれば、対物レンズの色収差が補正されることになる。したがって、補正に用いるレン
ズは何個でもよく、要は、色収差ベクトルの総和を0にすることが重要なのである。コマ
収差についても同様に、ビーム傾斜に対応した方向と大きさで収差が発生するため、図8
に示した図が、そのままコマ収差の補正原理としても当てはまる。
For example, the principle of correcting the aberration of the objective lens with a plurality of lenses will be described with reference to FIG. 8, taking chromatic aberration occurring when the beam is tilted as an example. The chromatic aberration that occurs when the beam is tilted by the objective lens has an X component and a Y component corresponding to the beam tilt direction. This aberration is generated not only in the objective lens but also in any converging lens if the beam is tilted, but the magnitude varies depending on the magnetic pole shape of the lens and the operating conditions (focal length, etc.). Therefore, when a plurality of lenses are used and the beam is tilted by each lens, the sum (vector sum) of the chromatic aberration vector created by them and the chromatic aberration vector created by the objective lens becomes 0 as shown in FIG. By returning, the chromatic aberration of the objective lens is corrected. Therefore, any number of lenses may be used for correction, and it is important that the sum of chromatic aberration vectors is zero. Similarly, coma aberration occurs in the direction and magnitude corresponding to the beam tilt, and therefore FIG.
The figure shown in Fig. 5 is also applied as a coma correction principle.

以下に、図10から図18を用いて本発明の他の実施例について説明する。図10から
図18は、対物レンズでビームを傾斜させたときに、対物レンズを含む複数のレンズで発
生する収差の総和を0にするための軌道制御の例を示す図である。
Hereinafter, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIGS. 10 to 18 are diagrams showing examples of trajectory control for reducing the sum of aberrations generated by a plurality of lenses including the objective lens to 0 when the beam is tilted by the objective lens.

〔実施例5〕
図10は、集束レンズ6と絞り8との間に偏向器を一個配置したときの軌道制御の例を
示す図である。この例では、絞り8と集束レンズ5の間に配置した2段の偏向器からなる
収差制御コイル52によって、一次電子線4が絞り8の孔中心で傾斜して通過する条件を
作り、絞り8と集束レンズ6の間に配置した偏向器521で、集束レンズ6から見た一次
電子線4の偏向支点が、集束レンズ5の集束点Aになるように軌道を制御する。また、集
束レンズ6の集束点Bはビーム傾斜角制御コイル51の偏向支点に一致しており、ビーム
傾斜角制御コイル51と対物レンズ7の動作で一次電子線4を傾斜させる。
Example 5
FIG. 10 is a diagram illustrating an example of trajectory control when one deflector is disposed between the focusing lens 6 and the diaphragm 8. In this example, the aberration control coil 52 formed of a two-stage deflector disposed between the diaphragm 8 and the focusing lens 5 creates a condition for the primary electron beam 4 to pass through at the center of the hole of the diaphragm 8. The deflector 521 disposed between the focusing lens 6 and the focusing lens 6 controls the trajectory so that the deflection fulcrum of the primary electron beam 4 viewed from the focusing lens 6 becomes the focusing point A of the focusing lens 5. The focusing point B of the focusing lens 6 coincides with the deflection fulcrum of the beam tilt angle control coil 51, and the primary electron beam 4 is tilted by the operation of the beam tilt angle control coil 51 and the objective lens 7.

〔実施例6〕
図11は、集束レンズ6と絞り8の間に偏向器が配置できないときの軌道制御の例を示
す図である。この例では、集束レンズ5と電子源の間に配置した2段の偏向器からなる収
差制御コイル52によって、一次電子線4の偏向支点が見かけ上、電子源位置と一致する
ように一次電子線4の軌道を制御する。このとき、集束レンズ5で発生した収差は、集束
レンズ6でその向きが反転するため、対物レンズ7で発生する収差をキャンセルするため
には、集束レンズ5を通過するときの一次電子線4の軌道のずれ方向が図10の場合と逆
向き(収差の向きが逆向き)になる。また、集束レンズ5の集束点Aの位置は偏向器52
1の位置(偏向支点)と一致しており、集束点Aを偏向支点として一次電子線4の軌道を
再び光軸と一致させている。
Example 6
FIG. 11 is a diagram illustrating an example of trajectory control when a deflector cannot be disposed between the focusing lens 6 and the diaphragm 8. In this example, the primary electron beam is such that the deflection fulcrum of the primary electron beam 4 apparently coincides with the electron source position by the aberration control coil 52 formed of a two-stage deflector disposed between the focusing lens 5 and the electron source. 4 trajectories are controlled. At this time, since the direction of the aberration generated by the focusing lens 5 is reversed by the focusing lens 6, in order to cancel the aberration generated by the objective lens 7, the primary electron beam 4 when passing through the focusing lens 5 is used. The direction of deviation of the orbit is opposite to that in FIG. 10 (the direction of aberration is opposite). The position of the focusing point A of the focusing lens 5 is the deflector 52.
1 (deflection fulcrum), and the trajectory of the primary electron beam 4 is made to coincide with the optical axis again with the focusing point A as a deflection fulcrum.

〔実施例7〕
図12は、絞り8を集束レンズ6と対物レンズ7との間に配置したときの軌道制御の例
を示す図である。この例では、集束レンズ6で対物レンズ7の収差を補正することが困難
なため、図11と同様に集束レンズ5によって、一次電子線4を傾斜したときに発生する
対物レンズの収差を補正するのに必要な収差を発生させる。
Example 7
FIG. 12 is a diagram illustrating an example of trajectory control when the diaphragm 8 is disposed between the focusing lens 6 and the objective lens 7. In this example, since it is difficult to correct the aberration of the objective lens 7 with the focusing lens 6, the focusing lens 5 corrects the aberration of the objective lens that occurs when the primary electron beam 4 is tilted, as in FIG. Aberrations necessary for this are generated.

〔実施例8〕
図13は、2段のレンズ系を用いて、レンズ間で一旦ビームを集束させて使用する光学
系において、収差を補正してビームを傾斜するときの軌道制御の例を示す図である。図1
3の例では、絞り8を集束レンズ5と電子源の間に配置し、絞り8と集束レンズ5の間に
配置された2段の偏向器からなる収差制御コイル52により、見かけ上、電子源位置が偏
向支点となるようにビームを偏向する。また、集束レンズ5によるビーム集束点には、ビ
ーム傾斜角制御コイル51が配置され、このビーム傾斜角制御コイル51により試料10
上でのビーム傾斜角を制御する。
Example 8
FIG. 13 is a diagram showing an example of trajectory control when the beam is tilted by correcting aberrations in an optical system that uses a two-stage lens system by once converging the beam between the lenses. FIG.
In the example of FIG. 3, the diaphragm 8 is disposed between the focusing lens 5 and the electron source, and the aberration control coil 52 including a two-stage deflector disposed between the diaphragm 8 and the focusing lens 5 apparently causes the electron source. The beam is deflected so that the position becomes a deflection fulcrum. A beam tilt angle control coil 51 is disposed at the beam focusing point by the focusing lens 5, and the sample 10 is formed by the beam tilt angle control coil 51.
Control the beam tilt angle above.

〔実施例9〕
図14は、2段のレンズ系を用い、レンズ間の途中でビームを集束させないで使用する
光学系において、収差を補正してビームを傾斜するときの軌道制御の例を示す図である。
レンズ間の途中でビームが集束しない場合には、集束レンズ5で発生した収差の方向が途
中で反転しないため、集束レンズ5の収差と対物レンズ7の収差をキャンセルするために
、ビーム傾斜角制御コイル51で偏向する方向と収差制御コイル52の偏向方向とが逆向
きになる。
Example 9
FIG. 14 is a diagram illustrating an example of trajectory control when the beam is tilted by correcting aberration in an optical system that uses a two-stage lens system and does not focus the beam in the middle of the lens.
When the beam is not focused halfway between the lenses, the direction of the aberration generated by the focusing lens 5 is not reversed halfway, so that the beam tilt angle control is performed in order to cancel the aberration of the focusing lens 5 and the aberration of the objective lens 7. The direction of deflection by the coil 51 and the deflection direction of the aberration control coil 52 are opposite.

〔実施例10〕
図15は、図14の光学系(途中でクロスオーバを作らない)に対して、絞り8の位置
を集束レンズ5と対物レンズ7の途中に配置した実施例を示す図である。この例では、一
次電子線4が絞り8の孔中心を通過するように、絞り8の前後にビーム傾斜角制御コイル
51を配置し、偏向された軌道が絞り8の中心を通るようにビーム傾斜角制御コイル51
を動作させる。
Example 10
FIG. 15 is a view showing an embodiment in which the position of the diaphragm 8 is arranged in the middle of the focusing lens 5 and the objective lens 7 with respect to the optical system in FIG. 14 (a crossover is not made in the middle). In this example, a beam tilt angle control coil 51 is arranged before and after the aperture 8 so that the primary electron beam 4 passes through the center of the aperture of the aperture 8, and the beam tilt is performed so that the deflected trajectory passes through the center of the aperture 8. Angle control coil 51
To work.

〔実施例11〕
図16は、試料10に負の電圧(Vr)を印加した状態で、一次電子線4を対物レンズ
7で傾斜したときの軌道制御の例を示す図である。試料10に負電圧(Vr)を印加する
と、一次電子線4は試料10の直前で急激に減速するため、負電圧を印加しない場合に比
べて試料上でのビーム傾斜角を大きくすることができる。
Example 11
FIG. 16 is a diagram illustrating an example of trajectory control when the primary electron beam 4 is tilted by the objective lens 7 in a state where a negative voltage (Vr) is applied to the sample 10. When a negative voltage (Vr) is applied to the sample 10, the primary electron beam 4 is rapidly decelerated immediately before the sample 10, so that the beam tilt angle on the sample can be made larger than when no negative voltage is applied. .

〔実施例12〕
図17は、薄膜の試料10に対物レンズ7で傾斜させた一次電子線4を照射して、試料
10を透過した電子121を検出する実施例を示す図である。結晶構造を有する薄膜試料
の走査透過像(STEM像)を取得する場合、しばしば、一次電子線の照射方位を試料の
結晶方位と対応させることが必要となる。試料の結晶方位は薄膜切片を切り出すときのば
らつきで異なるため、結晶方位は任意の方向に数度から10度程度のずれを生じる。その
ため、試料を機械的に傾斜させて方位合わせを行う方法に比較して、本実施例のように、
分解能の低下を抑えて一次電子線を任意に傾斜させることにより、結晶と電子線の方位合
わせ操作が極めて簡単になる。薄膜試料10より下方には、透過電子121を透過電子検
出器131に対してアライメントするための偏向器54が配置され、この偏向器54は、
一次電子線4の傾斜角に連動して制御される。また、図17には図示していないが、薄膜
試料10と透過電子検出器131の間に、透過電子の検出角を制限する手段(レンズや絞
りなど)を配置することも可能である。
Example 12
FIG. 17 is a diagram showing an embodiment in which the thin film sample 10 is irradiated with the primary electron beam 4 tilted by the objective lens 7 and the electrons 121 transmitted through the sample 10 are detected. When acquiring a scanning transmission image (STEM image) of a thin film sample having a crystal structure, it is often necessary to make the irradiation direction of the primary electron beam correspond to the crystal direction of the sample. Since the crystal orientation of the sample varies depending on the variation in cutting out the thin film slice, the crystal orientation deviates from several degrees to about 10 degrees in an arbitrary direction. Therefore, compared to the method of aligning the sample mechanically tilted, as in this example,
By arbitrarily tilting the primary electron beam while suppressing a decrease in resolution, the alignment operation between the crystal and the electron beam becomes extremely simple. Below the thin film sample 10, a deflector 54 for aligning the transmitted electrons 121 with respect to the transmitted electron detector 131 is disposed.
It is controlled in conjunction with the tilt angle of the primary electron beam 4. Although not shown in FIG. 17, a means (such as a lens or a diaphragm) for limiting the detection angle of transmitted electrons can be disposed between the thin film sample 10 and the transmitted electron detector 131.

〔実施例13〕
図18は、絞り8と対物レンズ7との間に2個の集束レンズ6a,6bを配置したとき
の軌道制御の例を示す図である。この例では、集束レンズ6aと6bの間に一次電子線4
の集束点を設け、この集束点の位置に収差制御コイル52を配置して、集束レンズ6bで
収差を発生させる。集束レンズ6bによる一次電子線の焦点位置には、ビーム傾斜角制御
コイル51が配置され、対物レンズ7の軸外に一次電子線4を入射させてビームを光軸に
対して傾斜する。収差制御コイル52は、対物レンズ7で発生した収差が集束レンズ6b
の収差でキャンセルするように制御される。
Example 13
FIG. 18 is a diagram illustrating an example of trajectory control when two focusing lenses 6 a and 6 b are arranged between the diaphragm 8 and the objective lens 7. In this example, the primary electron beam 4 between the focusing lenses 6a and 6b.
Is provided, and the aberration control coil 52 is disposed at the position of the focusing point, and aberration is generated by the focusing lens 6b. A beam tilt angle control coil 51 is disposed at the focal position of the primary electron beam by the focusing lens 6b, and the primary electron beam 4 is incident off the axis of the objective lens 7 to tilt the beam with respect to the optical axis. The aberration control coil 52 is configured so that the aberration generated in the objective lens 7 is the focusing lens 6b.
It is controlled to cancel with the aberration of.

〔実施例14〕
図19乃至図25は荷電粒子線を集束するための複数のレンズ群に対して入射位置を制
御する光軸制御手段として、絞り移動機構を採用した実施例を示している。特に図19は
半導体ウェーハ上に形成されたパターン寸法計測や形状観察のための走査電子顕微鏡の全
体構成である。ここでは図1の概略構成図と違っている部分について説明する。
Example 14
FIG. 19 to FIG. 25 show an embodiment in which a diaphragm moving mechanism is adopted as an optical axis control means for controlling the incident position with respect to a plurality of lens groups for focusing charged particle beams. In particular, FIG. 19 shows the overall configuration of a scanning electron microscope for pattern dimension measurement and shape observation formed on a semiconductor wafer. Here, a different part from the schematic block diagram of FIG. 1 is demonstrated.

第一集束レンズ5と実質的に同じ高さに非点収差補正コイル53と、非点収差補正コイ
ル53の動作に伴う照射位置ずれを補正するアライナコイル55が配置され、それぞれ電
源33と35を介してコンピュータ40に接続されている。絞り板8は、駆動機構18に
より、光軸に垂直な平面内を高精度に移動可能である。駆動機構18はコンピュータ40
に接続されている。走査コイル9と同じ位置に二段のイメージシフトコイル57とアライ
メントコイル56が配置され、それぞれ電源37と36を介してコンピュータ40に接続
されている。
An astigmatism correction coil 53 and an aligner coil 55 that corrects an irradiation position shift caused by the operation of the astigmatism correction coil 53 are arranged at substantially the same height as the first focusing lens 5. Via the computer 40. The diaphragm plate 8 can be moved with high accuracy in a plane perpendicular to the optical axis by the drive mechanism 18. The drive mechanism 18 is a computer 40.
It is connected to the. A two-stage image shift coil 57 and an alignment coil 56 are arranged at the same position as the scanning coil 9 and are connected to the computer 40 via power supplies 37 and 36, respectively.

半導体ウェーハを観察する走査電子顕微鏡は一般的に試料のダメージ防止の観点から数
100V程度の低加速の一次電子線を利用する。低加速でかつ高分解能を実現するため、
リターディング電源38を接続して試料10に負の電圧を印加して一次電子線4を減速さ
せる。また、ブースティング電源39を接続してブースティング電極16に正の高電圧を
印加して一次電子線を後段加速させることで、対物レンズ7の色収差を低減し高分解能化
している。
A scanning electron microscope for observing a semiconductor wafer generally uses a low-acceleration primary electron beam of about several hundred volts from the viewpoint of preventing damage to a sample. To achieve low resolution and high resolution,
A retarding power source 38 is connected to apply a negative voltage to the sample 10 to decelerate the primary electron beam 4. Further, the boosting power source 39 is connected and a positive high voltage is applied to the boosting electrode 16 to accelerate the primary electron beam later, thereby reducing the chromatic aberration of the objective lens 7 and increasing the resolution.

リターディングおよびブースティングの電圧は、試料10の表面近傍に、二次電子12
を反射板(変換電極)17側に加速する電界分布を形成している。この結果、加速された
二次電子12は走査コイル9を通り抜けて反射板17に衝突し、新たな二次電子65に変
換される。変換された二次電子65は二次信号検出器13で検出される。
The retarding and boosting voltages are applied in the vicinity of the surface of the sample 10 with secondary electrons 12.
An electric field distribution that accelerates the light toward the reflecting plate (conversion electrode) 17 is formed. As a result, the accelerated secondary electrons 12 pass through the scanning coil 9 and collide with the reflecting plate 17 to be converted into new secondary electrons 65. The converted secondary electrons 65 are detected by the secondary signal detector 13.

図20は本実施例での一次電子線4の軌道を詳細に示している。この例では第二集束レ
ンズ6のクロスオーバ4cをアライナコイル56の位置に一致させた。陰極1から引き出
された放出電子4aは絞り板8の絞り径に比べて十分に広がっている。放出電子4aの照
射範囲内で絞りを移動することで軸外の一次電子線4bを選択して利用することができる
。第二集束レンズ6の傾斜角w't1と絞りの移動量δは比例関係にあり、式(18)を満足す
るようにアライナコイル56でビーム傾斜角w'tを制御することで軸外色収差のない傾斜
像が得られる。
FIG. 20 shows the trajectory of the primary electron beam 4 in this embodiment in detail. In this example, the crossover 4 c of the second focusing lens 6 is made to coincide with the position of the aligner coil 56. The emitted electrons 4a extracted from the cathode 1 are sufficiently spread compared with the aperture diameter of the aperture plate 8. The off-axis primary electron beam 4b can be selected and used by moving the aperture within the irradiation range of the emitted electrons 4a. The tilt angle w ′ t1 of the second focusing lens 6 and the movement amount δ of the diaphragm are in a proportional relationship, and the off-axis chromatic aberration is controlled by controlling the beam tilt angle w ′ t with the aligner coil 56 so as to satisfy Expression (18). A tilted image with no image can be obtained.

本方式の特長は、絞りを手動からコンピュータ制御された駆動機構に置換するだけで実
現できる点である。また、一次電子線4bが陰極1から第二集束レンズ6のクロスオーバ
4cまで軸外を通ることから、補正レンズの収差係数が、第二集束レンズのみの収差係数
に比べて数倍大きくなることで、大きな傾斜角度までの軸外色収差補正が可能になる。
The feature of this method is that it can be realized simply by replacing the diaphragm with a computer-controlled drive mechanism from manual operation. Further, since the primary electron beam 4b passes off-axis from the cathode 1 to the crossover 4c of the second focusing lens 6, the aberration coefficient of the correction lens is several times larger than the aberration coefficient of the second focusing lens alone. Thus, it is possible to correct off-axis chromatic aberration up to a large inclination angle.

図21は、クロスオーバ4cの位置を第二集束レンズ6側から対物レンズ7側に変化さ
せていったときの補正条件kの変化を示している。クロスオーバ4cを対物レンズ7に近
づけるとkが小さくなり、軸外色収差とコマ収差が同時に補正できる条件、即ち式(22)を
満足するクロスオーバ4cが1点存在することが確認できる。
FIG. 21 shows changes in the correction condition k when the position of the crossover 4c is changed from the second focusing lens 6 side to the objective lens 7 side. When the crossover 4c is brought closer to the objective lens 7, k becomes small, and it can be confirmed that there is one point of the crossover 4c that satisfies the condition that the off-axis chromatic aberration and the coma aberration can be corrected simultaneously, that is, the expression (22).

また、図22は、軸外色収差を補正した式(18)の条件下で、クロスオーバ4cの位置を
第二集束レンズ6側から対物レンズ7側に変化させていったときの絞り8の移動量δの変
化を示している。クロスオーバ4cを対物レンズ7に近づけると、移動量δが小さくなる
ことが分かる。
FIG. 22 shows the movement of the diaphragm 8 when the position of the crossover 4c is changed from the second focusing lens 6 side to the objective lens 7 side under the condition of the equation (18) in which off-axis chromatic aberration is corrected. The change in the quantity δ is shown. It can be seen that when the crossover 4c is brought closer to the objective lens 7, the movement amount δ decreases.

図23は、軸外色収差を補正した式(18)の条件下で、クロスオーバ4cの位置を第二集
束レンズ側から対物レンズ側に変化させていったときの個別の収差量と最終的なビーム径
(あるいは分解能)の変化を示している。クロスオーバ4cを対物レンズに近づけると、
コマ収差は減少するが、逆に回折収差と光源サイズの映り込み(レンズによる電子源先端
径の収縮率)が大きくなり、最適なクロスオーバ4cの位置が決まる。
FIG. 23 shows individual aberration amounts and final values when the position of the crossover 4c is changed from the second focusing lens side to the objective lens side under the condition of the equation (18) in which the off-axis chromatic aberration is corrected. The change in beam diameter (or resolution) is shown. When the crossover 4c is brought close to the objective lens,
Although the coma aberration decreases, the reflection of the diffraction aberration and the light source size (contraction rate of the electron source tip diameter by the lens) increases, and the optimum position of the crossover 4c is determined.

図24は、分解能を優先し、クロスオーバ4cの位置をアライナコイル56の位置に一
致させなかった場合の実施例を示している。この場合、対物レンズ7から見た仮想物点4
dはクロスオーバ4cと一致しないので、試料10上のビーム到達位置4eが中心軸上か
ら位置ずれするが、イメージシフトコイル57を制御して中心軸上に移動できる。あるい
は、試料ステージ15を移動し、視野ずれを回避することもできる。いずれの場合も、ビ
ーム傾斜角度の関係を予め記憶装置41に登録する等してプリセットしておくことでコン
ピュータ40により制御することができる。
FIG. 24 shows an embodiment in which the resolution is prioritized and the position of the crossover 4 c is not matched with the position of the aligner coil 56. In this case, the virtual object point 4 viewed from the objective lens 7
Since d does not coincide with the crossover 4c, the beam arrival position 4e on the sample 10 is displaced from the central axis, but can be moved on the central axis by controlling the image shift coil 57. Alternatively, the sample stage 15 can be moved to avoid visual field shift. In any case, the relationship between the beam tilt angles can be controlled by the computer 40 by presetting the relationship in the storage device 41 in advance.

図25に、上記視野ずれ補正を含めて、ビーム傾斜の実行フローチャートを示した。観
察点に移動し(S21)、ビーム傾斜のコマンドが発行されると(S22)、要求された
ビーム傾斜角度に応じて、プリセット値から絞り8の移動量とアライナコイル56の電流
量を計算し、ビーム傾斜と絞り移動を実行する(S23)。同時に、要求されたビーム傾
斜角度に応じて、プリセット値からフォーカス補正値および非点補正値を予測し、一次補
正を実行する(S24)。続いて、要求されたビーム傾斜角度に応じて、視野ずれ補正、
歪み補正を実行する(S25)。ステップ24の一次補正でフォーカスおよび非点補正が
大凡合っているので、通常の自動焦点・自動非点合わせに比べて狭い探索範囲で二次補正
を完了でき(S26)、高分解能の画像収得ができる(S27)。画像を取得した後は、
ビーム傾斜角度を0に戻し、ステップ25の視野ずれ補正をキャンセルする(S28)。
FIG. 25 shows an execution flowchart of beam tilt including the above-described field deviation correction. When the beam is moved to the observation point (S21) and a beam tilt command is issued (S22), the movement amount of the diaphragm 8 and the current amount of the aligner coil 56 are calculated from the preset values according to the requested beam tilt angle. Then, beam tilt and aperture movement are executed (S23). At the same time, the focus correction value and the astigmatism correction value are predicted from the preset values according to the requested beam tilt angle, and the primary correction is executed (S24). Subsequently, according to the required beam tilt angle, correction of visual field deviation,
Distortion correction is executed (S25). Since the focus and astigmatism corrections in step 24 are roughly matched, the secondary correction can be completed in a narrower search range compared to normal autofocus and autoastigmatism (S26), and high-resolution image acquisition can be achieved. Yes (S27). After acquiring the image,
The beam tilt angle is returned to 0, and the visual field shift correction in step 25 is canceled (S28).

本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a scanning electron microscope that is an example of the present invention. 対物レンズの集束作用を利用したビーム傾斜法の原理図。The principle figure of the beam inclination method using the focusing effect | action of an objective lens. ビーム傾斜時の軌道勾配の分布を示す図。The figure which shows distribution of the orbital gradient at the time of beam inclination. ビーム傾斜時の収差を補正する原理図。The principle figure which correct | amends the aberration at the time of beam inclination. 色収差とコマ収差を同時に補正するための集束レンズ焦点位置の条件を表す図。The figure showing the conditions of a focusing lens focal position for correcting chromatic aberration and coma simultaneously. 色収差とコマ収差を同時に補正するビーム傾斜のフローチャート。The flowchart of the beam inclination which correct | amends a chromatic aberration and a coma aberration simultaneously. 4個の磁極で構成させる集束レンズの構成図。The block diagram of the focusing lens comprised with four magnetic poles. 複数のレンズの作用でビーム傾斜時に発生する対物レンズの色収差を補正する原理を示す図。The figure which shows the principle which correct | amends the chromatic aberration of the objective lens which generate | occur | produces at the time of beam inclination by the effect | action of a some lens. ビーム傾斜角制御コイル電流と、ビーム傾斜により発生する非点収差を補正するための非点収差補正コイル電流の関係を表す図。The figure showing the relationship between the beam tilt angle control coil current and the astigmatism correction coil current for correcting astigmatism generated by the beam tilt. 対物レンズの収差を補正するための軌道制御の例を示す図。The figure which shows the example of the trajectory control for correct | amending the aberration of an objective lens. 対物レンズの収差を補正するための軌道制御の例を示す図。The figure which shows the example of the trajectory control for correct | amending the aberration of an objective lens. 対物レンズの収差を補正するための軌道制御の例を示す図。The figure which shows the example of the trajectory control for correct | amending the aberration of an objective lens. 2段のレンズ系において、途中にビームのクロスオーバ(集束点)を作ってビームを傾斜するときの軌道制御の例を示す図。The figure which shows the example of orbit control when making the crossover (focusing point) of a beam in the middle and tilting a beam in a two-stage lens system. 2段のレンズ系において、途中にビームのクロスオーバ(集束点)を作らないでビームを傾斜するときの軌道制御の例を示す図。The figure which shows the example of orbit control when inclining a beam, without making the crossover (focusing point) of a beam in the middle in a two-stage lens system. 2段のレンズ系において、絞り板が2段レンズの間に配置され、途中にビームのクロスオーバ(集束点)を作らないでビームを傾斜するときの軌道制御の例を示す図。FIG. 5 is a diagram illustrating an example of trajectory control when a diaphragm plate is disposed between two-stage lenses in a two-stage lens system and the beam is tilted without forming a beam crossover (focusing point) on the way. 試料に負の電圧を印加して、対物レンズにより一次電子線を傾斜させるときの軌道制御の例を示す図。The figure which shows the example of orbit control when a negative voltage is applied to a sample and a primary electron beam is inclined by an objective lens. 薄膜試料に対物レンズで傾斜させたビームを照射して、走査透過像(STEM像)を得る実施例を示す図。The figure which shows the Example which irradiates the beam inclined with the objective lens to the thin film sample, and obtains a scanning transmission image (STEM image). 絞りと対物レンズとの間に2個の集束レンズを配置したときの軌道制御の例を示す図。The figure which shows the example of orbit control when two condensing lenses are arrange | positioned between an aperture stop and an objective lens. 本発明の他の例である走査電子顕微鏡の全体構成図。The whole block diagram of the scanning electron microscope which is the other example of this invention. 一次電子線の軌道の詳細説明図。The detailed explanatory view of the orbit of the primary electron beam. 第二集束レンズのクロスオーバ位置を変化させた場合の補正条件kの変化を示す図。The figure which shows the change of the correction conditions k at the time of changing the crossover position of a 2nd focusing lens. 第二集束レンズのクロスオーバ位置を変化させた場合の絞り移動量δの変化を示す図。The figure which shows the change of the aperture movement amount (delta) at the time of changing the crossover position of a 2nd focusing lens. 第二集束レンズのクロスオーバ位置を変化させた場合の個別の収差量と最終的なビーム径の変化を示す図。The figure which shows the change of the individual aberration amount when the crossover position of a 2nd focusing lens is changed, and the final beam diameter. クロスオーバの位置をアライナコイルの位置に一致させなかった場合の実施例を示す図。The figure which shows the Example at the time of not making the position of a crossover correspond with the position of an aligner coil. ビーム傾斜の実行フローチャート。The execution flowchart of beam inclination.

符号の説明Explanation of symbols

1…陰極、2…第一陽極、3…第二陽極、4…一次電子線、5…第一集束レンズ、6…第
二集束レンズ、7…対物レンズ、8…絞り板、9…走査コイル、10…試料、11…二次
信号分離用直交電磁界(ExB)発生器、12…二次信号、13…二次信号用検出器、1
4…信号増幅器、15…試料ステージ、20…高圧制御電源、21…第一集束レンズ制御
電源、22…第二集束レンズ制御電源、23…対物レンズ制御電源、24…走査コイル制
御電源、25…画像メモリ、26…像表示装置、31…ビーム傾斜角制御電源、32…収
差制御電源、33…非点補正電源、40…コンピュータ、41…記憶装置、42…入力装
置、51…ビーム傾斜角制御コイル、52…収差制御コイル、53…非点収差補正コイル
、54…偏向器、61…高分解能用レンズ、62…ビーム傾斜用(収差補正用)レンズ、
63…アライメント兼用収差制御用偏向器、121…透過電子、131…透過電子検出器
、521…偏向器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Cathode, 2 ... 1st anode, 3 ... 2nd anode, 4 ... Primary electron beam, 5 ... 1st focusing lens, 6 ... 2nd focusing lens, 7 ... Objective lens, 8 ... Diaphragm plate, 9 ... Scanning coil DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Sample, 11 ... Orthogonal electromagnetic field (ExB) generator for secondary signal separation, 12 ... Secondary signal, 13 ... Detector for secondary signal, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 4 ... Signal amplifier, 15 ... Sample stage, 20 ... High voltage control power supply, 21 ... First focusing lens control power supply, 22 ... Second focusing lens control power supply, 23 ... Objective lens control power supply, 24 ... Scanning coil control power supply, 25 ... Image memory, 26: Image display device, 31: Beam tilt angle control power source, 32: Aberration control power source, 33: Astigmatism correction power source, 40 ... Computer, 41 ... Storage device, 42 ... Input device, 51 ... Beam tilt angle control Coil, 52 ... aberration control coil, 53 ... astigmatism correction coil, 54 ... deflector, 61 ... high resolution lens, 62 ... beam tilting lens (for aberration correction),
63: Alignment and aberration control deflector, 121: Transmitted electron, 131: Transmitted electron detector, 521: Deflector

Claims (9)

荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線を集束して試料上で走査する荷電粒子光学系とを備えた荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系は、
試料上に前記荷電粒子線を集束して照射する対物レンズと、
当該対物レンズと前記荷電粒子源との間に配置され、前記対物レンズとの間にクロスオーバーを作らないで、前記荷電粒子線を対物レンズに照射する他のレンズと、
前記対物レンズの軸外を通過させることによって、前記荷電粒子線を前記対物レンズの軸外から傾斜して試料に照射するように偏向する第1の偏向器と、
当該第1の偏向器の偏向方向に対し逆の方向に、前記荷電粒子線を偏向することによって、前記他のレンズの軸外を通過させ、前記対物レンズと前記他のレンズが発生するコマ収差をキャンセルする第2の偏向器とを有していることを特徴とする荷電粒子線装置。
In a charged particle beam apparatus comprising a charged particle source and a charged particle optical system that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source and scans it on the sample,
The charged particle optical system includes:
An objective lens that focuses and irradiates the charged particle beam on the sample;
Another lens that is disposed between the objective lens and the charged particle source and that irradiates the objective lens with the charged particle beam without creating a crossover with the objective lens;
A first deflector that deflects the charged particle beam so as to be tilted from the off-axis of the objective lens and irradiate the sample by passing the off-axis of the objective lens;
Coma aberration generated by the objective lens and the other lens by passing the off-axis of the other lens by deflecting the charged particle beam in a direction opposite to the deflection direction of the first deflector. And a second deflector that cancels the charged particle beam device.
請求項1記載の荷電粒子線装置において、前記第1の偏向器は、前記他のレンズを通過した荷電粒子線を、前記第2の偏向器による偏向方向と逆の方向に偏向する第1のコイルと、当該第1のコイルによって偏向された荷電粒子線を、前記対物レンズに向かって偏向する第2のコイルを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。   2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein the first deflector deflects the charged particle beam that has passed through the other lens in a direction opposite to a deflection direction by the second deflector. A charged particle beam apparatus comprising: a coil; and a second coil that deflects the charged particle beam deflected by the first coil toward the objective lens. 請求項2記載の荷電粒子線装置において、前記第1のコイルと第2のコイルの間に、絞りを配置したことを特徴とする荷電粒子線装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 2, wherein a diaphragm is disposed between the first coil and the second coil. 請求項1記載の荷電粒子線装置において、前記試料に負の電圧を印加する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。   2. The charged particle beam apparatus according to claim 1, further comprising means for applying a negative voltage to the sample. 荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線を集束して試料上で走査する荷電粒子光学系とを備えた荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系は、
試料上に前記荷電粒子線を集束して照射する対物レンズと、
当該対物レンズと前記荷電粒子源との間に配置され、前記対物レンズとの間で前記荷電粒子線を集束させないで、前記荷電粒子線を対物レンズに照射する他のレンズと、
前記対物レンズの軸外を通過させることによって、前記荷電粒子線を前記対物レンズの軸外から傾斜して試料に照射するように偏向する第1の偏向器と、
当該第1の偏向器の偏向方向に対し逆の方向に、前記荷電粒子線を偏向することによって、前記他のレンズの軸外を通過させ、前記対物レンズと前記他のレンズが発生するコマ収差をキャンセルする第2の偏向器を有していることを特徴とする荷電粒子線装置。
In a charged particle beam apparatus comprising a charged particle source and a charged particle optical system that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source and scans it on the sample,
The charged particle optical system includes:
An objective lens that focuses and irradiates the charged particle beam on the sample;
Another lens that is disposed between the objective lens and the charged particle source and that irradiates the charged particle beam to the objective lens without focusing the charged particle beam between the objective lens and
A first deflector that deflects the charged particle beam so as to be tilted from the off-axis of the objective lens and irradiate the sample by passing the off-axis of the objective lens;
Coma aberration generated by the objective lens and the other lens by passing the off-axis of the other lens by deflecting the charged particle beam in a direction opposite to the deflection direction of the first deflector. A charged particle beam apparatus comprising a second deflector for canceling the above.
請求項5記載の荷電粒子線装置において、前記第1の偏向器は、前記他のレンズを通過した荷電粒子線を、前記第2の偏向器による偏向方向と逆の方向に偏向する第1のコイルと、当該第1のコイルによって偏向された荷電粒子線を、前記対物レンズに向かって偏向する第2のコイルを含むことを特徴とする荷電粒子線装置。   6. The charged particle beam apparatus according to claim 5, wherein the first deflector deflects the charged particle beam that has passed through the other lens in a direction opposite to a deflection direction by the second deflector. A charged particle beam apparatus comprising: a coil; and a second coil that deflects the charged particle beam deflected by the first coil toward the objective lens. 請求項6記載の荷電粒子線装置において、前記第1のコイルと第2のコイルの間に、絞りを配置したことを特徴とする荷電粒子線装置。   The charged particle beam apparatus according to claim 6, wherein a diaphragm is disposed between the first coil and the second coil. 請求項5記載の荷電粒子線装置において、前記試料に負の電圧を印加する手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。   6. The charged particle beam apparatus according to claim 5, further comprising means for applying a negative voltage to the sample. 荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線を集束して試料上で走査する荷電粒子光学系とを備えた荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子光学系は、
試料上に前記荷電粒子線を集束して照射する対物レンズと、
当該対物レンズと前記荷電粒子源との間に配置され、前記対物レンズとの間にクロスオーバーを作らないで、前記荷電粒子線を前記対物レンズに照射する他のレンズと、
前記荷電粒子源と前記他のレンズとの間に配置され、前記荷電粒子源から放出された前記荷電粒子線を偏向する第1のコイルおよび当該第1のコイルによって偏向された荷電粒子線を前記第1のコイルとは逆の方向に偏向して前記他のレンズの軸外を通過させる第2のコイルと、
前記他のレンズと前記対物レンズとの間に配置され、前記他のレンズを通過した荷電粒子線を記第1のコイルとは逆の方向に偏向する第3のコイルおよび当該第3のコイルとは逆の方向に前記荷電粒子線を偏向する第4のコイルを備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
In a charged particle beam apparatus comprising a charged particle source and a charged particle optical system that focuses the charged particle beam emitted from the charged particle source and scans it on the sample,
The charged particle optical system includes:
An objective lens that focuses and irradiates the charged particle beam on the sample;
Another lens that is disposed between the objective lens and the charged particle source and that irradiates the objective lens with the charged particle beam without creating a crossover with the objective lens;
It said charged the particle source is arranged between the other lens, the first coil and the charged particle beam deflected by the first coil for deflecting the charged particle beam emitted from the charged particle source A second coil that deflects in the opposite direction to the first coil and passes off-axis of the other lens;
Wherein said other lens is disposed between the objective lens, the third coil and said third coil for deflecting in the opposite direction to the previous SL first coil a charged particle beam having passed through the other lens charged particle beam apparatus characterized in that a fourth coil for deflecting the charged particle beam in the opposite direction to the.
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