JP4642966B2

JP4642966B2 - 粒子線装置

Info

Publication number: JP4642966B2
Application number: JP2000094085A
Authority: JP
Inventors: ラニオシュテファン
Original assignee: Advantest Corp
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1999-03-31
Filing date: 2000-03-30
Publication date: 2011-03-02
Anticipated expiration: 2020-03-30
Also published as: JP2000306537A; DE69939309D1; EP1049131B1; US20030010926A1; US6627890B2; EP1049131A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特許請求の範囲の請求項１の前提部に記載されているように、試験片を傾斜観測するための粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡的構造を３次元的に光学検査及び測定をする場合、試験片の表面に対してビーム軸を傾斜させる必要がある。既知の顕微鏡では、試験片傾斜ステージ又は光学コラムの機械的な傾斜が使用される。しかしながら、これらの方法は次の深刻な欠点を有する。即ち低スループット、加速及び減速させる大きな質量、機械的ドリフト、粒子生成である。
【０００３】
更に、ビームの傾斜は立体画像生成技術及び収束ビーム照明技術にて知られている。しかしながら、標準的な粒子線光学レンズの光学特性はビーム傾斜角が増加すると急速に劣化するため、立体顕微鏡撮影は比較的低倍率にてのみ可能である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的はそれゆえ、試験片を傾斜観測するための粒子線装置において、傾斜観測において、軸上特性に比肩し得る光学的解像度によって試験片の高拡大率像を生成することができることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明によると、この目的は請求項１の特徴部に記載されているように、傾斜した粒子線によるレンズの軸外れ交差に起因して起きるレンズの収差を補正するための多極補正装置を設けることによって達成される。本発明の他の例は特許請求の範囲の従属項の内容にある。
【０００６】
図２は、傾斜した粒子線によるレンズの軸外れ交差に起因して起きる球面収差の影響を示す。粒子線１はソース２にて生成され偏向装置３によって傾斜される。傾斜した粒子線１ａは軸外れの状態でレンズ４に交差し、レンズ４は傾斜した粒子線１ａを試験片５上に集光する。
【０００７】
レンズ４は静電レンズ、磁気レンズ又は静電及び磁気合成レンズのいずれかである。このようなレンズの屈折力は軸外れビームに対しては大き過ぎる。軸外れビームは試験片５上に大きなスポット１ｂを形成する。レンズの屈折力を小さくしても、球面収差の傾斜角αに対する３乗依存性のため、ビームは小さなスポット（実際のビーム径に比肩し得る寸法）に集光されることができない。
【０００８】
図３は、傾斜した粒子線１ａによるレンズの軸外れ交差に起因して起きる色収差の影響を示す。レンズ４の屈折力は軸外れビームのエネルギに依存する。平均ビームエネルギＥ0 を有する電子のみが試験片上に小さなスポットとして正しく集光される。それより低いエネルギＥ0 −ΔＥを有する電子は試験片の面の上方にて集光され、試験片上では大きなスポットを生成する。それより高いエネルギＥ0 ＋ΔＥを有する電子は試験片の面の下方にて集光（虚像）され、やはり試験片上では大きなスポットを生成する。その結果、試験片上に細長い収差像が形成され、ビームは小さなスポット（実際のビーム径に比肩し得る寸法）として集光されることができない。
【０００９】
図２及び図３に示した一方又は両方のレンズ収差を補正するために、本発明によると、傾斜した粒子線によるレンズの軸外れ交差に起因して起きるレンズの収差を補正するための多極補正装置が提案されている。
【００１０】
本発明の１つの例によると、補正装置は球面収差を補正するための少なくとも8 個の極要素を有し、本発明の他の例によると、補正装置は色収差を補正するための少なくとも４個の静電極要素及び少なくとも４個の磁気極要素を有する。本発明の第３の例によると、両補正装置が結合され、球面収差及び色収差が補正される。
【００１１】
本発明の更に他の例及び利点は以下に図面を参照して説明される。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１は試験片５を傾斜観測するための粒子線装置、好ましくは走査型電子顕微鏡を示し、粒子線１を生成するためのソース２と粒子線を傾斜させるための偏向装置３と傾斜した粒子線１ａを試験片５上に集光するためのレンズ４とを有する。更に、傾斜した粒子線１ａによるレンズ４の軸外れ交差に起因して起きるレンズの収差を補正するための多極補正装置６、７が設けられている。
【００１３】
補正装置６、７はレンズ４の領域に配置され、好ましくはレンズ４の光軸と共軸に配置されている。補正装置は適当な電圧／電流を印加することによって光軸に共軸となるように調整されることができる。
【００１４】
偏向装置３は、粒子線の方向に、レンズ４の前方に配置されている。従って口径角βを有する傾斜ビームはレンズと軸外れ位置又は非軸位置にて交差する。レンズ４は、この傾斜したビーム１ａを試験片５上に集光し、従って、試験片５を傾斜角αにて観察することが可能である。傾斜した粒子線１ａの回転角γ及び傾斜角αは偏向装置３によって選択されることができる。
【００１５】
傾斜した粒子線１ａの軸外れ交差は、球面収差及び／又は色収差の影響の問題を生じさせる。図２及び図３を参照して説明した上述の収差の影響を回避するために、多極補正装置６、７が設けられる。
【００１６】
図４、図５及び図６を参照して補正装置の３つの異なる例を詳細に説明する。
もし装置の光学特性が主として球面収差によって制限される場合、図４の例が好ましい。これは、例えば、高加速電圧、低エネルギ幅及び／又はモノクロメータの使用を伴う装置の場合である。
【００１７】
図４に示す補正装置６は球面収差を補正するための８個の極要素６ａ−６ｈを有する。８個の極要素全部が１つの８極場を生成する。
【００１８】
軸外れビームはレンズ４の小さな軸外れ（非軸）領域のみを通過するため、この領域内にて球面収差を局部的に修正すれば十分である。これは図４の示すように、単一の８極型要素によって達成される。この要素はレンズ４と共軸に配置される。その方向（場の強度が最大の方向）は、ラーモア回転が存在するならその影響を考慮に入れて、ビーム１ｂが偏移された方向に一致する。その強度は、レンズの球面収差係数が８極の球面収差の寄与によって相殺されるように、選択される。ここで注意すべきは、多極補正装置６の必要な励起は粒子線の傾斜角αとは独立的である。
【００１９】
多極場は（図４に示すように）静電場、磁場又は両者の結合のいずれかである。多極補正装置の軸線位置はレンズ４の前方、内部又は背後である。
【００２０】
８極型要素は２つの直交断面にて球面収差を正確に相殺するから、傾斜ビームを光軸周りに９０°ステップにて回転させることが可能であり、それによって試験片を４つの側より画像化することができる。レンズ４に対する粒子線の交差可能領域は、図４にて小さな丸印にて示されている。８極の極性が交互に異なる場合、ビームは破線に沿って傾斜し、従って、８極によって形成された１つの８極型要素に対して全部で８個の異なる視角が生成される。連続的な回転が必要な場合、場の方向がビームと共に連続的に回転するように、８極型場はより高い次数の極（例えば１６極）によって形成される必要がある。
【００２１】
装置の光学特性が色収差によってのみ制限される場合（例えば、低加速電圧、高エネルギ幅）、図５の示すような多極補正装置が好ましい。
【００２２】
図５の補正装置７は色収差を補正するための４個の静電極要素７ａ−７ｄと４個の磁気極要素７ｅ−７ｈを有する。補正装置７は１つの４極型場を生成するように構成されている。
【００２３】
軸外れ粒子線はレンズ４の小さな軸外れ（非軸）領域のみを通過するため、この領域にて色収差を局部的に修正すれば十分である。これは図５に示すように、単一の静電及び磁気合成４極型要素によって達成される。この要素は画像生成用野丸いレンズ４と共軸に配置される。その方向（場の強度が最大の方向）は、ラーモア回転が存在するならその影響を考慮に入れて、ビーム１ｂが偏移された方向に一致する。その強度は、次の２つの条件にしたがって選択される。
【００２４】
（１）静電４極及び磁気４極の集光動作が相殺される、これは両者の相対的な場強度を決定する。（２）静電及び磁気合成４極の色収差の寄与によってレンズ４の色収差が相殺される、これは場強度の絶対値を決定する。
【００２５】
ここで注意すべきは、静電及び磁気合成４極の必要な励起は粒子線の傾斜角とは独立的である。
【００２６】
４極の軸線位置はレンズ４の前方、内部又は背後であってよい。
【００２７】
軸外れビームの色収差は光学系の１つの断面にて補正される。ビームの傾斜角及び回転角の有効な組み合わせは図５の小さな丸印によって示されており、これはレンズ４と粒子線の交差領域を示す。４極の極性が交互に異なる場合、ビームは破線に沿って傾斜する。
【００２８】
静電及び磁気合成４極は１つの断面にてレンズの収差を正確に相殺するから、傾斜したビームを光軸周りに１８０°回転させることが可能であり、それによって試験片を２つの側より画像化することができる。４極の極性が交互に異なる場合、全部で４個の異なる視角が可能である。連続的な回転が必要な場合、場の方向がビームと共に連続的に回転するように、４極型場はより高い次数の極（例えば８個の磁気極及び８個の静電極）によって形成される必要がある。
【００２９】
球面収差及び色収差の両者の制限がある装置の場合、図４及び図５を参照して説明した２つの補償技術が同時に適用される。これらの補正装置の好適な光学的設計例は図６に開示されている。
【００３０】
図６は静電及び磁気合成４極及び８極型補正要素を示す。軸外れビームの色収差及び球面収差は光学系の１断面にて同時に補正される。粒子線の傾斜角α及び回転角γの有効な組み合わせは小さな丸印によって示されており、これはレンズ４と粒子線の交差領域を示す。４極の極性が交互に異なる場合、ビームは破線に沿って傾斜する。４極及び８極の励起の強度は、レンズの球面収差係数及び色収差係数によってのみ依存し、傾斜角に依存しない。光軸周りに回転可能な４極場及び８極場を生成するために、より高い数の極要素が使用されることができる。
それによって、任意の方向の断面に沿った補正を得ることができる。
【００３１】
図４、図５及び図６の例では、球面収差及び／又は色収差の補正は、傾斜したビーム軸周りの小さな円形領域内にて局部的にのみ実行される。ビームの口径角がより大きい場合、非点収差が導入される。非点収差は通常、図１に示すように、回転可能な４極型スチグマトール８によって補正されることができる。簡単化のため、このスチグマトール８は偏向装置３の前方の傾斜されていない軸と共軸に配置される。
【００３２】
スチグマトール８がレンズ４の領域に配置される場合、スチグマトールの中心を電磁気的に傾斜ビーム１ａの軸まで偏移させる必要がある。しかしながら、これを実行するのは極めて困難である。
【００３３】
スチグマトールは光学系の寄生的な非点収差の全体を同時に補正するために使用されることができる。
【００３４】
図１に示す粒子線装置は更に制御装置９を含む。制御装置９は偏向装置３と同期的に多極補正装置６、７及びスチグマトール８を制御するために、偏向装置３、多極補正装置６、７及びスチグマトール８に接続されている。
【００３５】
傾斜ビーム１ａの口径角βがより大きい位置では、寄生的な双極場及び６極場が観察される。これらの影響は適当な補正場によって相殺されることができる。双極場は好ましくは多極補正装置６、７自身によって生成されるべきである。回転可能な６極型スチグマトール場は好ましくは偏向装置３の前方にて、例えば、４極型スチグマトール場と共に生成される。粒子線１の回転角γ及び傾斜角αはレンズ４の前方の偏向装置３によって選択されることができる。好ましくは、装置の簡単化のために、粒子線のクロスオーバは偏向装置３の内部に形成される。
もしそうでない場合、ビームの偏向によって、画面における好ましくないビームの偏移が導入されることになる。この偏移は勿論、他の何処でも、例えば多極補正装置自身内にて容易に生成されることができる付加的な双極場によって補償されることができる。
【００３６】
【発明の効果】
上述の多極補正装置は傾斜した粒子線に起因した収差を決定的に減少させ、それによって、光学的解像度を粒子線の軸上解像度に比肩する値まで改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による補正装置を備えた傾斜観測のための粒子線装置の概略図である。
【図２】球面収差の影響を示す粒子線装置の概略図である。
【図３】色収差の影響を示す粒子線装置の概略図である。
【図４】球面収差の補正するための補正装置の平面構成を示す概略図である。
【図５】色収差を補正するための補正装置の平面構成を示す概略図である。
【図６】球面収差及び色収差を補正するための補正装置の平面構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・粒子線、１ａ・・・傾斜粒子線、１ｂ・・・スポット、２・・・ソース、３・・・偏向装置、４・・・レンズ、５・・・試験片、６、７・・・多極補正装置、８・・・スチグマトール、９・・・制御装置

Claims

粒子線(1)を発生させるためのソース(2)と、上記粒子線(1)を傾斜させるための偏向装置(3)と、試験片(5)上に上記傾斜した粒子線(1a)を集光するためのレンズ(4)と、を有する粒子線装置において、上記傾斜した粒子線による上記レンズの軸外れ交差に起因して起きるレンズの収差を上記傾斜した粒子線が通過する非軸領域についてビーム軸周りの小さな円形領域内において局部的に補正するための多極補正装置(6,7)が設けられていることを特徴とする粒子線装置。
請求項1 記載の粒子線装置において、上記補正装置(6) は球面収差を補正するための少なくとも８個の極要素を有することを特徴とする粒子線装置。
請求項２記載の粒子線装置において、上記補正装置(6) は８極場を生成するように構成されていることを特徴とする粒子線装置。
請求項２記載の粒子線装置において、上記補正装置(6) は回転可能な８極場を生成するように構成されていることを特徴とする粒子線装置。
請求項1 記載の粒子線装置において、上記補正装置(7) は色収差を補正するための少なくとも４個の静電極要素及び少なくとも４個の磁気極要素を有することを特徴とする粒子線装置。
請求項５記載の粒子線装置において、上記補正装置(7) は４極場を生成するように構成されていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１、２、３、４、５又は６記載の粒子線装置において、上記補正装置(6,7) は静電極要素及び／又は磁気極要素を有することを特徴とする粒子線装置。
請求項１、２、３、４、５、６又は７記載の粒子線装置において、上記補正装置(6,7) は上記レンズ(4) の光軸に対して共軸的に配置されていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１〜８のいずれか１項記載の粒子線装置において、上記偏向装置(3) は上記粒子線(1) のクロスオーバに配置されていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１〜９のいずれか１項記載の粒子線装置において、上記補正装置(6,7) は上記レンズ(4) の領域に配置されていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１〜１０のいずれか１項記載の粒子線装置において、上記傾斜した粒子線の寄生軸上非点収差を補正するためのスチグマトール(8) が設けられていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１１記載の粒子線装置において、上記スチグマトール(8) は上記偏向装置(3) の前方の上記傾斜されていない粒子線(1) に対して共軸的に配置されていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１〜１２のいずれか１項記載の粒子線装置において、上記偏向装置(3) と同期的に上記多極補正装置を制御するための制御装置(9) が設けられていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１１記載の粒子線装置において、上記偏向装置(3) と同期的に上記スチグマトール(8) 及び上記多極補正装置(6,7) を制御するための制御装置(9) が設けられていることを特徴とする粒子線装置。
請求項１〜１４のいずれか１項記載の粒子線装置において、上記多極補正装置は色収差を補正するための補正装置(7) と球面収差を補正するための補正装置(6) を含むことを特徴とする粒子線装置。