JP4781211B2 - 電子線装置及びこれを用いたパターン評価方法 - Google Patents

Description

本発明は電子線を用いて最小線幅0.1μｍ以下のパターンを有する試料のパターン評価を高スループット、高信頼性で行う電子線装置及びパターン評価方法に関する。

従来から、複数の一次電子線を細く絞って試料の表面を走査し、走査点から放出される二次電子線をビーム分離器で二次光学系の方向に偏向し、複数の検出器で検出することによってパターン評価をする装置は公知である。

パターン評価においては、収差の補正が問題となるが、これに関しては、ウィーンフィルタの一端面に一次電子線の像点若しくは物点を形成すると共に、対物レンズの物点又は像点がウィーンフィルタの他端面に位置するように対物レンズを配置することで、軸上色収差を補正できるとの理論解析が公知である。

この他、多極子電極あるいは多極子磁極のような非軸対称の光学素子を用いて軸対称レンズ系で発生する軸上色収差や球面収差を補正する電子線装置も公知である。この従来技術に係る電子線装置では、非軸対称光学素子を用いて軸上色収差や球面収差を補正するので、高分解能の電子線装置を実現することが可能である。

また、電子線を用いてパターン評価等を行う電子線装置においては、電子線源としてショットキーカソード電子銃を有するものが主流であった。

ところで、従来の電子線装置においては、種々の問題点がある。第１に、一次電子線を細く絞った場合に軸上色収差が大きくなって一点で焦点を結ばないため、大きいビーム電流が得られない。また、二次電子線を一次電子線から分離する際に発生する非点収差及び偏向色収差等が問題点である。

ここで、色収差とは、電子線のエネルギ（速度）が様々な要因で拡がり（幅）を持ち、レンズでの屈折角度が速度によって異なるため、結像の際に像がぼける現象をいう。また、非点収差とは、電磁レンズ(対物レンズ)が完全な軸対称性を持たないこと等に起因する収差であり、この収差はレンズのポールピースの孔の非対称(真円でない)、材質の磁気的不均質、絞り等への帯電などによって生じる。更に、偏向色収差とは、電子線の偏向の際に生じる収差であり、電子線のエネルギ（速度）の違いによって偏向の度合いに差が生じて像がぼける現象をいう。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、複数の電子線の軸上色収差が補正でき、非点収差や偏向収差も低減できる電子線装置及びこれを用いたパターン評価方法を提供することを目的とする。

第２に、一本の電子線を用いた電子線装置において、スループットを向上させる手段として、電子線電流を増加させることが考えられる。しかし、電子線電流を増加させようとすると、空間電荷効果によって電子線が広がってしまい、細く絞ることができないという問題点が生じる。

また、複数の電子線を同時に試料に照射する場合にも、合計の電子線電流をあまり大きくできないという問題があった。なぜなら、光軸の近傍に複数の電子線を形成して細く絞り、同時に複数箇所を走査して各走査点から放出される二次電子を検出するようにすると、空間電荷効果は強度の高い一本の電子線の場合程は生じないが、これら複数の電子線がクロスオーバで１箇所に集まる為、合計の電子線電流が大きくなってしまい、結局クロスオーバでの空間電荷効果を小さくすることができないからである。

本発明は上記空間電荷効果を低減し、高スループットで信頼性の高い電子線装置及びこれを用いたパターン評価方法を提供すること目的とする。

第３に、一般的なウィーンフィルタでは、光軸方向の両端面にその物点及び像点を形成する場合がある。このようなウィーンフィルタでは、物点又は像点の近くに補助レンズが設けられる。そして、補助レンズを設ける場合には、ウィーンフィルタの端面と補助レンズとを軸合わせするために、光軸に沿って二段の偏向器を設ける必要がある。一方、二段の偏向器を設けるためには、補助レンズの焦点距離を長くしなければならない。

また、非分散ウィーンフィルタの物点と像点の相互間距離を、ウィーンフィルタの光軸方向の両端面間距離よりも長くする使い方も考えられる。しかし、複数の一次電子線を用いる場合や、写像投影光学系のように光軸から外れた一次電子線も用いる場合などには、大きな収差が発生することとなり、これを低減するための解決策が無かった。

本発明には上記問題点に鑑みてなされたものであって、ウィーンフィルタの上流側及び下流側に軸合せ用の二段の偏向器を設ける空間が確保でき、しかも光軸からはずれた位置の一次電子線の収差も補正可能な収差補正レンズ機構及びこれを用いたパターン評価方法を提供することを目的とする。

第４に、適切に収差の補正をするためには、これらの多極子電極に与える電圧の変動は１ｐｐｍ未満の精度が必要である。また、多極子磁極を励磁する電流の変動も１ｐｐｍ未満の精度が必要である。さらに、これら多極子電極や多極子磁極に用いられる電磁極の加工精度・組立て精度も、１μｍ以下の高精度が要求される。このような高精度の電源及び高精度の加工・組立ての必要性から、電子線装置自体が非常に高価なものとなってしまうという問題点があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、10ｐｐｍ程度の電源の変動と数μｍ程度の組立て・加工精度であっても、軸上色収差あるいは球面収差が適切に補正される電子線装置およびこれを用いた微細パターン評価方法を提供することを目的とする。

第５に、上記した複数の電子線を用いた電子線装置では、複数の各電子線で試料面を走査した時、視野の端近くでは放出された二次電子線の結像点での電子線の拡がりが走査方向とその直角左方向とでは大きい差があり、複数の電子線の配置をＸ軸、Ｙ軸方向で等ピッチとすると、間隔が大きくなり過ぎ、多くの電子線を一つの光軸上に配置できない問題点があった。

また、複数の電子線を検出する検出器については、電子線の形状が楕円形になる場合については適切なものが無かった。

更に、二次電子線像についてもビーム分離器で分離すると、偏向色収差が無視できない量になる問題点があった。

本発明は上記問題点に鑑み、電子線から光信号を得るシンチレータは、電子線のエネルギが小さいと得られる光信号が小さい問題点があった。本発明は上記諸問題を個々に解決する手段を提供することを目的とする。

第６に、ショットキーカソード電子銃は一般的に高輝度であるので、小さいビーム径で比較的大きいビーム電流が得られるのが特徴である。ところで、ショットキーカソード電子銃はショット雑音が大きいため、大きいビーム電流でパターン評価を行なう必要がある。しかし、大きなビーム電流で電子線を試料に照射する場合には、レジストパターンの変形やゲート酸化膜の破損等の問題が生じる。

また、軸上色収差を補正するレンズを利用して小寸法のビームで大きいビーム電流を得る方法もある。しかし、ここでは開口角を大きくするため、試料位置が光軸に沿って僅かでも変動すると大きい焦点ずれが発生するという問題がある。さらに、このような軸上色収差補正レンズを光学系に入れると光路長が長くなり、空間電荷効果のためビームがボケるという問題があった。

本発明は上記の問題点に鑑みなされたもので、ショット雑音の小さい電子銃で、軸上色収差を補正することにより大きいＮＡで動作可能で、しかも光路長が短くなる電子光学系を有する電子線装置及びこれを用いたパターン評価方法を提供することを目的とする。

本発明は上記目的に鑑みてなされたものであって、第１の問題点に対応して、一次電子線を放出する電子銃と、前記一次電子線の一部が通過する複数の開口を有するマルチ開口板と、前記開口を通過する一次電子線を縮小するコンデンサレンズと、縮小された一次電子線を試料表面に結像させる対物レンズとを備える一次光学系と、前記試料から放出される二次電子線を偏向する偏向器群と、前記偏向器群で偏向された二次電子線を拡大する拡大レンズと、拡大された二次電子線を検出する二次電子線検出器とを備える二次光学系とを備え、前記一次光学系に、前記対物レンズで生じる軸上色収差に対応した軸上色収差を発生させる非分散ウィーンフィルタからなる軸上色収差補正レンズを備える、という構成を採っている。

また、前記ウィーンフィルタは前記一次電子線の光軸から放射状に延びる複数の電磁極から構成され、各電磁極は光軸近傍から扇形に広がる第１電磁極部と、前記第１電磁極部の端部から一定の厚さで延びる第２電磁極部と、前記第２電磁極部の端部から円周方向に延びる第３電磁極部とからなる、という構成を採っている。

また、前記偏向器群は２つの偏向器からなり、第１の偏向器は一次電子線及び二次電子線を共に偏向し、第２の偏向器は二次電子線のみを偏向する、という構成を採っている。

更に、電子線を用いたパターン評価方法であって、電子線から放出される一次電子線を複数の開口に照射して複数の一次電子線を形成し、前記複数の一次電子線を縮小すると共に軸上色収差補正レンズを通して、対物レンズで生じる正の軸上色収差に対応する負の軸上色収差を発生させ、前記一次電子線を静電偏向器及び電磁偏向器で偏向して試料の表面に対して垂直に向け、試料に対して垂直に向けられた前記一次電子線を対物レンズで縮小すると共に試料の表面を走査し、前記試料から放出される二次電子線を２つの偏向器からなる偏向器群によって二次光学系に向けて偏向し、前記偏向された二次電子線を二次電子線検出器で検出する、という構成を採っている。

また、第２の問題点に対応して、本発明では一次電子線を放出する電子銃と、一次電子線を縮小するコンデンサレンズと、縮小された前記一次電子線の一部が通過する複数の開口を有するマルチ開口板と、前記マルチ開口板で形成される複数の一次電子線を試料表面に結像させる対物レンズとを備える電子線装置において、前記コンデンサレンズは、球面収差により光軸から遠い一次電子線ほど前記電子銃に近い所定位置でクロスオーバを形成するように形成されている、という構成を採っている。

また、前記クロスオーバの位置を基準として、前記光軸方向と前記マルチ開口板の最外側に形成された開口の方向とのなす角が所定値よりも大きいこと、という構成を採っている。

また、前記コンデンサレンズの口径をDとし、前記マルチ開口板の両端部の開口間の距離をｄとした場合に、１＜Ｄ／ｄ≦３の条件を満たす、という構成を採っている。

また、前記マルチ開口板に前記各開口が所定間隔で格子状に配置された場合に、前記試料の表面における前記一次電子線の配置がたる型に歪むように前記一次光学系が設定されている、という構成を採っている。

更に、前記マルチ開口板には、前記たる型の歪みを補正するように、前記各開口が糸巻き状に歪んだ状態で配置されている、という構成を採っている。

また、第３の問題点に対応して、光軸に沿って配置される軸上色収差補正レンズと対物レンズとを備えた収差補正レンズ機構において、前記対物レンズの像点若しくは物点の位置と前記軸上色収差補正レンズの物点若しくは像点の位置とが一致するように両レンズを配置し、前記軸上色収差補正レンズの像点及び物点に主面が位置する第１及び第２の補助レンズを更に備える、という構成を採っている。

また、ウィーンフィルタを用いて軸上色収差又は球面収差を補正する収差補正レンズ機構において、前記ウィーンフィルタの物点−像点間距離をこのウィーンフィルタの光軸方向の両端面間距離より長くし、光軸から離れた物点からの一次電子線の主光線の軌道が前記ウィーンフィルタの中間点に関して点対称の軌道となるように制御する、という構成を採っている。

また、ウィーンフィルタを用いて軸上色収差又は球面収差を補正する収差補正レンズ機構において、前記ウィーンフィルタの物点−像点間距離をこのウィーンフィルタの光軸方向の両端面間距離より長くし、クロスオーバ像を前記ウィーンフィルタの中間面から光軸方向の等しい距離の２個所に形成し、当該クロスオーバが形成されるＺ方向位置の制御は前記ウィーンフィルタの物点に設けた補助レンズで行う、という構成を採っている。

また、光軸に沿って配置される軸上色収差補正レンズと対物レンズとを備えた収差補正レンズ機構において、前記対物レンズの像点若しくは物点の位置と前記軸上色収差補正レンズの物点若しくは像点の位置とが一致するように両レンズを配置し、前記軸上色収差補正レンズを二段のウィーンフィルタにより構成し、前記各ウィーンフィルタ相互の光軸方向の中間点に像点を形成し、この中間点から前記光軸方向の等しい距離の２箇所にクロスオーバ像を形成する、という構成を採っている。

更に、収差補正レンズの像点の位置と対物レンズの物点の位置とが相互に一致するように前記両レンズ配置された収差補正レンズ機構によって複数の一次電子線を用いてパターン評価を行う方法であって、前記一次電子線を複数の開口に照射して複数の一次電子線を生成するステップと、前記一次電子線を集束させて収差補正レンズの物点に複数の開口像を形成するステップと、前記収差補正レンズの物点に設けた第１補助レンズにより前記収差補正レンズの中間面に関して等しい距離の位置に第１及び第２クロスオーバ像を形成するステップと、前記対物レンズで前記複数の一次電子線を試料面に合焦させ且つ走査するステップと、前記試料の表面から放出される複数の二次電子線をビーム分離器で二次光学系の方向へ偏向するステップと、偏向された複数の前記二次電子線の相互間隔を拡大するステップと、相互間隔が拡大された前記各二次電子線を検出するステップとを含む、という構成を採っている。

また、第４の問題点に対応して、多極子レンズを用いて軸上色収差あるいは球面収差を補正できる電子線装置において、レンズを駆動する電源の変動若しくはレンズの加工精度不良により発生するこのレンズによる電子線のボケが試料面上で十分縮小されるように、この多極子レンズの像面から試料面までの光学系の縮小率を決定する、という構成を採っている。

また、試料から放出される二次電子線を拡大光学系で拡大して検出する電子線装置において、軸対称光学系で発生する軸上色収差あるいは球面収差を補正する多極子レンズを用いる電子線装置であって、この多極子レンズを駆動する電源の精度不良若しくはレンズの加工精度不良により発生する電子線のボケより、前記多極子レンズの物面での試料の必要解像寸法の像が十分大きくなるようにした、という構成を採っている。

また、試料面上の微細パターンを評価する方法であって、多極子レンズに接続する電源の変動に基づいて生じる多極子レンズによるボケを算出するステップと、前記料面上での画素寸法を決定するステップと、算出された前記多極子レンズによるボケの値と画素寸法の値との比率を算出するステップと、前記多極子レンズの像面から試料面までの光学系の倍率を上記比率より大きくする、という構成を採っている。

また、上記多極子レンズはウィーンフィルタであり、このウィーンフィルタの光軸方向寸法は物点から像点迄の距離の１／２以下とする、という構成を採っている。

更に、上記光学系の倍率は１／５倍以下にする、という構成を採っている。

また、第５の問題点に対応して、本発明は、複数の電子線を試料に照射し、試料から放出される二次電子線を検出して試料の評価を行う装置であって、一軸方向に上記複数の電子線を電気的に走査し、前記一軸方向に直交する他軸の方向に試料台を機械的に走査し、上記複数のビームの配置間隔は上記電気的走査方向に近い方向は広く、上記機械的走査方向に近い方向は狭くする、という構成を採っている。

また、複数の電子線を検出する検出器であり、先端が長方形あるいは正方形に研削されて複数本が束ねて接合された光ファイバと、この光ファイバの先端に塗布されたシンチレータと、前記光ファイバの他端に接続されたホトマルとを備えている、という構成を採っている。

また、試料から放出される複数の二次電子線を分離する分離器と、この分離された二次電子線を縮小又は拡大する静電レンズと、縮小又は拡大された前記二次電子線を垂直に偏向する偏向器と、この偏向された二次電子線を検出する検出器とを備えている、という構成を採っている。

更に、試料から放出された二次電子線を検出する方法であり、複数の走査点から放出された二次電子線をビーム分離器で一次電子線から分離するステップと、分離された二次電子線をレンズで拡大し検出面に結像させるステップと、前記検出面に正の高電圧を印加するステップとを含む、という構成を採っている。

更に、第６の問題点に対応して、本発明は、電子線を試料に照射し、試料から放出される２次電子を検出して試料の評価を行なう装置において、一次電子光学系、二次電子光学系、軸上色収差補正レンズ、静電レンズより成る対物レンズ、ビーム分離器を有し、上記ビーム分離器は上記対物レンズのボーア径と少なくとも対物レンズ側は同じボーア径の金属円筒の外側に形成される、という構成を採っている。

また、電子線を試料に照射し、試料から放出される２次電子を検出して試料の評価を行なう装置において、一次電子光学系、二次電子光学系、軸上色収差補正レンズ、対物レンズ、ビーム分離器を有し、試料の評価に先立ち試料面のＺ方向位置を測定し、ダイナミックにフォーカス調整を行いながら試料の評価を行なう、という構成を採っている。

また、電子線をパターンを有する試料に照射し、試料の線幅を測定する装置であって、ＬａＢ６電子銃、軸上色収差補正レンズを有する、という構成を採っている。

また、上記電子銃は空間電荷制限条件で動作させ、試料の局部的な照射量を１μｃ／ｃｍ^２以下とする、という構成を採っている。

また、電子線を試料に照射し試料の評価を行なう装置であって、軸上色収差補正用のウィーンフィルタ及び上記ウィーンフィルタの前または後に上記ウィーンフィルタのボーア径と同径のリング状部品とその部品と同径の軸合わせ偏向器を有する、という構成を採っている。

本発明によれば、複数の電子線を用いる、いわゆるマルチビームの電子線装置において、軸上色収差が補正でき、非点収差や偏向収差も低減することができる。

また、一次電子線の数を10本以上に設定しても空間電荷効果を比較的小さくできる。

また、ウィーンフィルタの上流側及び下流側に軸合せ用の二段の偏向器を設ける空間が確保でき、しかも光軸からはずれた位置における一次電子線の収差の補正も可能となる。

また、収差補正レンズの製作精度の要求を緩和し、厳格な電源精度が不要となる。

更に、ショット雑音の小さい電子銃で軸上色収差を補正することにより、大きいＮＡで動作可能でしかも光路長が短くなる電子光学系を有する電子線装置を実現できる。

［第１の実施形態］
［全体概要］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る電子線装置ＥＢ１を示す概略図である。この電子線装置ＥＢ１は一次光学系として、電子線Ｅの上流側から順に、電子銃１、マルチ開口板２、縮小レンズ３，４、軸上色収差補正レンズ５，６、静電偏向器を兼ねる第１走査偏向器７ａ、パーマロイパイプ２１、ビーム分離器８、静電偏向器７ｂ、対物レンズ９を備えている。そして、対物レンズ９の下流側に試料１０が配置されている。一方、二次光学系としては試料１０から順に、すでに述べたビーム分離器８、偏向器１１、二次光学系レンズ１２、拡大レンズ１３が配置され、最下流側に二次電子線検出器１４が配置されている。

［電子銃］
電子銃１はＣｅＢ６単結晶のカソードを備えており、その先端は半径が15μｍの尖った形状をしているので高輝度の一次電子線が得られる。ここで輝度とは、電子銃１の明るさを単位立体角度あたりの電流密度で表わしたものであり、カソードの先端が細いほど高輝度となる。

［マルチ開口板］
電子銃１の下流側にはマルチ開口板２が設けられている。マルチ開口板２は電子銃１から放出された一次電子線から複数の一次電子線を生成するためのものである。このため、マルチ開口板２には多数の開口が形成されている。

［縮小レンズ］
マルチ開口板２の下流側には縮小レンズ３，４が設けられている。この縮小レンズ３，４は複数の一次電子線を絞るためのものである。本実施形態においては光軸に沿って２つの縮小レンズ３，４が配置されている。ここで、本実施形態においては、電子銃１から放出される一次電子線の最高強度部（光軸付近）を基準とした場合、その電子線強度に対して90％以上の強度分布を有する放出角は２ｍrad(半角)であった。このため、マルチ開口板２の光軸から例えば半径100μｍの位置が電子線強度90％以上の最外周とした場合、電子銃１とマルチ開口板２との相互間距離は以下の計算式で算出できる。

［軸上色収差補正レンズ］
軸上色収差補正レンズ５と６は相互に同じ構造を有しており、磁気コア１５によって上下に連結され、これらにより非分散ウィーンフィルタを構成している。各軸上色収差補正レンズ５，６には，図２に示すような概ね扇形の電磁極５ａが複数組設けられ、これらが組み合わされて各軸上色収差補正レンズ５，６を構成するようになっている。本実施形態の各軸上色収差補正レンズ５，６では、それぞれ１２極の電磁極５ａが設けられている。

次に、電磁極５ａの具体的構造について図２に基づいて説明する。この電磁極５ａは第１の電磁極部１９と、第２の電磁極部２０と、第３の電磁極部１８とからなる。第１の電磁極部１９は光軸Ｐに最も近接した部分であり光軸Ｐから扇形に広がる断面形状をしている。また、第２の電磁極部２０は断面の厚みがほぼ一定で平行の形状である。更に第３の電磁極部１８はネジ１７によって磁気コア１５と接合する際に円周方向のネジ間隔を十分取れる様に円周方向に延びた弓状断面形状を有している。そしてこれら、第１の電磁極部１９と第２の電磁極部２０とが繋がっており、更に、第２の電磁極部２０と第３の電磁極部１８とが繋がっている。また、第２の電磁極部２０の周囲には励磁コイル２３が巻かれている。そして、この励磁コイル２３で作られた磁束が有効に光軸Ｐの近くに形成される。また、第３の電磁極部１８の外側には絶縁スペーサ１６が配置され、この絶縁スペーサ１６を介して磁気コア１５に固定されている。磁気コア１５との固定には通常の固定ネジ１７が用いられる。固定ネジ１７はコア１５と絶縁されている。そして、全ての電磁極５ａが磁気コア１５に固定された後、光軸Ｐの付近のボア部と第１の電磁極部１８のみ最終的に加工される。

［静電偏向器］
軸上色収差補正レンズ５，６の下流側に配置されている各偏向器７ａ，７ｂは、一般的な静電偏向器であり、一次電子線を偏向する。特に、偏向器７ａは、ビーム分離器８のための補助偏向器である。

［ビーム分離器］
ビーム分離器８は電磁偏向器からなり、ドーナツ形状のパーマロイのリングを作り、その一端を断面がホームベース状の形状となるように加工し、幅２ｍｍ程度の磁気ギャップを加工し、これに励磁コイル８ａを巻き付けたものである。尚、ビーム分離器８の上流側（電子銃側）には光軸に沿ってパーマロイ管２１が設けられている。そして、このパーマロイ管２１の中空内部を一次電子線が通過するようになっている。このパーマロイ管は、電磁偏向器１１から漏れる磁界が一次電子線の通路に漏れないようにするシールドの役割を有している。

［電磁偏向器］
電磁偏向器１１も、図３に示すようなドーナツ形状のパーマロイのリングを作り、その一端を断面が変形五角形となるように加工し、幅２ｍｍ程度の磁気ギャップＧを加工し、それに励磁コイル１１ａを巻き付けたものである。電磁偏向器１１を上から見た状態を図３（Ｃ）に示す。符号Ｇで示した平行な磁気ギャップをパーマロイの磁気回路１１ｂで接続した構造で、磁気回路に励磁コイル１１ａが巻かれている。

［二次光学系レンズ］
電磁偏向器１１の下流側には、二次電子線の光軸に沿って二次光学系レンズ１２，１３が設けられている。

［二次電子線検出器］
二次光学系の最下流には二次電子線検出器１４が設けられている。この二次電子線検出器１４は、試料１０から放出された二次電子線を検出して試料表面の状態を観察するためのものである。

［作用］
次に、上記電子線装置ＥＢ１の作用について説明する。先ず、電子銃１から放出された一次電子線はマルチ開口板２に照射される。そして、一次電子線がマルチ開口板２の多数の開口を通過することで、複数の一次電子線が生成される。

マルチ開口板２の多数の開口によって生成された一次電子線は、２つの縮小レンズ３，４で縮小される。そして、縮小された一次電子線は、上流側の軸上色収差補正レンズ５の物点２５で結像される。ここで、縮小レンズ３，４の間に形成される縮小像のＺ軸方向位置を変化させることによって、一次電子線の縮小率を自在に変化させることが可能である。

そして、ウィーンフィルタからなる軸上色収差補正レンズ５の物点２５で結像した一次電子線は、拡がりながら軸上色収差補正レンズ５に入射される。入射した一次電子線は軸上色収差補正レンズ５のレンズ作用により集束され、点２７において結像される。また、点２７を通過した一次電子線は拡がりながら下流側の軸上色収差補正レンズ６に入射される。軸上色収差補正レンズ６に入射された一次電子線もレンズ作用を受けて、点２９に結像される。

以上のように、軸上色収差補正レンズ５，６として２つのウィーンフィルタを用いることにより、点２７及び点２９において相互に等倍の像が形成され、点２９では負の軸上色収差を有する一次電子線が形成される。この点２９で生じる軸上色収差は、対物レンズ９で生じる正の軸上色収差と大きさが等しい収差となるように設定されている。なぜなら、対物レンズ９で生じる軸上色収差と大きさが等しく符号が逆の軸上色収差を発生させることにより、対物レンズ９を通過して試料面上では一次電子線の軸上色収差が相殺されるからである。

点２９を通過した複数の一次電子線は、静電偏向器７ａで偏向され、パーマロイ管２１の内部を通過する。パーマロイ管２１を通過した一次電子線は電磁偏向器であるビーム分離器８で試料１０の表面に対して垂直に偏向された後、対物レンズ９で更に縮小されて試料１０の表面に焦点を結ぶ。このとき、ビーム分離器８の上流側には上記したパーマロイパイプ２１が配置されているので、そのシールド作用によって、電磁偏向器１１からの漏洩磁界が一次電子線に影響を及ぼさないようになっている。

試料１０の表面の走査は、静電偏向器７ａ及び対物レンズ９の上流に配置された静電偏向器７ｂとで、２段階に偏向することによって行われる。この時の偏向支点を対物レンズ９の主面のすぐ上に設定することにより、偏向色収差とコマ収差を最小にできる。なぜなら、各偏向器７ａ，７ｂによって生じる収差と対物レンズ９によって生じる収差とが一部相殺されるからである。

電磁偏向器８はビーム分離器８を兼ね、磁極が図１に示したホームベース状の断面形状の平行面を持ち、パーマロイの磁気回路でそれらの平行面間が接続されている。

試料１０から放出された二次電子線は、対物レンズ９で集束され、ビーム分離器８で僅かに偏向されて一次電子線から分離され、その後電磁偏向器１１で所定の角度に達する迄偏向される。電磁偏向器１１で偏向された二次電子線は、二次光学系レンズ１２を透過して、更に拡大レンズ１３によって走査点から放出された複数の二次電子線の相互間隔が拡大される。各二次電子線は二次電子線検出器１４に結像されて検出される。

［第２の実施形態］
図４は、本発明の第２の実施形態に係る電子線装置ＥＢ２を示す概略図である。尚、図１に記載された構成要素と同じ或いは同様の機能を有するものには、図１と同じ符号を付している。当該電子線装置ＥＢ２では、図１の場合と異なり、軸上色収差補正レンズ５ｂは一段のウィーンフィルタからなる。この電子線装置ＥＢ２においては、図示しない縮小レンズの像点２２に補助レンズ３８を設け、レンズ条件を適切に設定することにより、一次電子線によるクロスオーバを軸上色収差補正レンズ５ｂの内部の所定点３９，４０に形成させる。すなわち、補助レンズ３８によってクロスオーバを点３９に形成すれば、軸上色収差補正レンズ５ｂがクロスオーバを点４０に形成するということである。これにより、光軸外の一次電子線の主光線の軌道３６を軸色収差補正レンズ５ｂの中間点２７に対して上下で対称となる様にした。ここで、符号３７は像点２２から発散する一次電子線の軌道であり、符号３６は像点２２における所定の像高（光軸からの像の高さ）位置からの主光線の軌道である。

軸上色収差補正レンズ５ｂの像点２９にも補助レンズ４１を設け、一次電子線の結像には影響を与えずに、対物レンズ９の主面近くにクロスオーバが形成されるように調整した。軸上色収差補正レンズ５ｂの像点２９からの一次電子線は更に対物レンズ９で縮小され、試料１０の表面にマルチビームを結像させ、２段の静電偏向器７ａ，７ｂで試料１０の表面が走査される。試料１０の表面付近には軸対称の円筒電極３５が配置され、この円筒電極３５に正の高電圧を印加することによってコマ収差や偏向色収差を小さくできる。これは、円筒電極３５によって、レンズ作用が生じている領域で［電子線速度／電子線幅］の値が大きくなり、この結果として収差が小さくなるからである。また、対物レンズ９の内部に軸対称でない強磁性体を入れるのは収差を大きくしてしまう可能性があるので、対物レンズ９の軸上磁気分布が２つのピークを持たないように、ビーム分離器としては対物レンズ９の内面をコアとする電磁偏向器３１を用いることとした。

試料１０の表面から放出された二次電子線は対物レンズ９で集束され、静電偏向器７ｂで光軸方向へ偏向され、その後ビーム分離器３１によって電磁偏向器１１側（図の右側）へわずかに偏向され、光軸からある程度離れた位置に設けた電磁偏向器１１で大きく偏向され、二次光学系レンズ１２，１３へ入射する様にした。

尚、対物レンズ９は、真空シール部材４５と、Ｏリング４７とを備えており、磁気ギャップ４９が形成されている。

図１に開示した実施形態では、偏向器８，１１などの非軸対称部品を対物レンズ９の近傍に配置したが、当該第２の実施形態では、対物レンズ９の内部に強磁性体の非軸対称部品を入れる必要が無く、収差の発生を最小にすることができる。

本発明の軸上色収差補正レンズで使用される電磁極５ａは、光軸を通る第１の電磁局部１９と厚みほぼ一定の第２の電磁極部２０とから成る形状であるため、磁束の漏れが少なく、電界と磁界の軸上分布が互いに良く一致する。

また、電子線の分離のために、僅かに偏向させるビーム分離器８と、大きく偏向する電磁偏向器１１とを別個に用いるので、それぞれの構造が単純になり、磁気シールドのためのパーマロイ管２１を設ける事が容易となった。

［第３の実施形態］
［全体概要］
図５は、本発明の第３の実施形態に係る電子線装置ＥＢ３を示す概略図である。この電子線装置ＥＢ３は、一次光学系として電子線Ｅの上流側から順に、電子銃２０１、コンデンサレンズ２０２，２０３、マルチ開口板２０４、縮小レンズ２０６、静電偏向器２０８、ビーム分離器２０９、静電偏向器２１０と対物レンズ２１２を備えている。そして、対物レンズ２１２の下流側に試料２１３が配置されている。一方、二次光学系としては試料２１３から順に、軸対称電極２１１、電磁偏向器２０９，２１４，静電レンズ２２５、静電偏向器２１５、回転レンズ２１６が配置され、最下流側に二次電子線検出器２１８が配置されている。

［電子銃］
電子銃２０１はＣｅＢ６単（６ホウ化セリウム）単結晶のカソードを備えており、その先端は半径が25μｍの尖った形状に研磨されている。

［コンデンサレンズ］
電子銃２０１の下流側にはコンデンサレンズ２０２，２０３が設けられている。このコンデンサレンズ２０２，２０３は電子銃２０１から放出された１本の一次電子線の一様な強度を有する領域を、マルチ開口板２０４の全体のために必要十分な大きさに調整するためのものである。本実施形態においては光軸に沿って２つのコンデンサレンズが配置されている。一次電子線は所定の放出角で電子銃２０１から放出されるが、コンデンサレンズ２０２はこの一次電子線の放出角を拡大する機能を有している。一方、２段目のコンデンサレンズ２０３は、放出角が拡大された一次電子線のクロスオーバが所定点２０５に形成されるようにする機能を有している。

［マルチ開口板］
二段目のコンデンサレンズ２０３の下流側にはマルチ開口板２０４が設けられている。マルチ開口板２０４はコンデンサレンズ２０３を通過した一次電子線から複数の一次電子線を生成するためのものである。このため、マルチ開口板２０４には多数の開口が形成されている。

［縮小レンズ］
マルチ開口板２０４の下流側に配置された縮小レンズ２０６は、所定点２０５でクロスオーバが形成された一次電子線のクロスオーバ像を拡大し、対物レンズ２１２の主面近くで結像させる機能を有する。

［静電偏向器］
縮小レンズ２０６の下流側に配置されている偏向器２０８は一般的な静電偏向器であり、一次電子線を試料２１３側に向けて僅かに偏向する機能を有している。

［ビーム分離器］
ビーム分離器２０９は電磁偏向器からなり、静電偏向器２０８で僅かに偏向された一次電子線を偏向して、試料２１３に対して垂直に照射されるようにする機能を有している。

［静電偏向器］
ビーム分離器２０９の下流側に配置された静電偏向器２１０は、複数の一次電子線を偏向し試料２１３の表面を走査させる機能を有している。

［軸対称電極］
軸対称電極２１１は、二次電子線を加速・集束する機能を有するものである。即ち、軸対称電極２１１には正の高電圧が印加されており、一方、試料２１３には負の電圧が印加されている。このため、試料２１３から軸対称電極２１１にわたって二次電子に対する加速電界が形成される。この加速電界によって二次電子線が加速・集束されるのである。

［ビーム分離器］
一次光学系においても説明したが、ビーム分離器２０９は電磁偏向器からなり、二次光学系要素としても機能している。即ち、試料２１３側から放出される二次電子線を二次光学系側（図１では左方）に偏向する機能を有している。このビーム分離器２０９は対物レンズ２１２のレンズ内筒をコアとするサドル型の偏向器である。尚、図ではビーム分離器２０９が対物レンズ２１２の外側に配置されているように記載されているが、これは説明および図示上の便宜のためであり、実際には対物レンズ２１２に近接している。

［電磁偏向器］
ビーム分離器２０９の下流側に配置された電磁偏向器２１４は、二次電子線を更に偏向して次の電磁偏向器２１５へ向ける機能を有している。

［静電レンズ］
電磁偏向器２１４の下流側に配置された静電レンズは２２５、電磁偏向器２０９，２１４，２１５によって発生する二次電子線の偏向色収差を無くすためのものである。具体的には、試料２１３から放出された二次電子線は電磁偏向器２０９の手前に二次電子像を形成し、その像はさらに静電レンズ２２５によって点２１７の位置に結像される。このとき、電磁偏向器２０９で発生する二次電子のエネルギ幅による偏向方向のずれ角によって、静電レンズ２２５によって点２１７の位置に形成される二次電子像は図１における左方へずれる。また、電磁偏向器２１４で生じる偏向色収差によって、点２１７の位置で二次電子像が図１の左方へずれる。一方、電磁偏向器２１５で生じる偏向色収差によって、点２１７の位置での二次電子像は図１の右方へずれる。ここで、電磁偏向器２０９および２１４によって生じる図中左方への二次電子像のずれと、電磁偏向器２１５によって生じる右方へのずれが相殺されるように各偏向器の位置を設定することにより、偏向色収差を補正することが可能となる。

ここで、電磁レンズではなく静電レンズ２２５を採用したので、電磁偏向器２０９，２１４で生じた点２１７における左方への二次電子像のずれが回転することなく、単純な左方へのずれとなるので、電磁偏向器２１５によって偏向色収差の補正が可能となるのである。このため、二次電子像が回転しないようなレンズ構造となっている。この静電レンズ２２５による二次電子像の拡大率は１〜３倍程度が良く、本実施形態では約２倍とした。

［電磁偏向器］
静電レンズ２２５の下流側に配置された電磁偏向器２１５は、二次電子線を二次電子線検出器２１８側に偏向する機能を有するものである。尚、２段の偏向器２１４，２１５は、図３に示したものと同様の構造を有している。
［回転レンズ］
電磁偏向器２１５の下流側に配置された回転レンズ２１６は、二次電子線検出器２１８に試料像を結像させる機能を有している。具体的には、回転レンズ２１６は２つの磁気ギャップを有し、互いに逆方向の磁界を発生させる構造を持ち、２つのコイルに流す電流比を調整することによって、検出器２１８の並び方向に二次電子像を配置する機能を有する。そして二次電子像が結像される所定点２１７の位置を前後に微調整し、回転レンズ２１６の励磁の合焦条件を満たすように調整することによって、レンズ倍率も調整可能である。

［二次電子線検出器］
二次光学系の最下流には二次電子線検出器２１８設けられている。この二次電子線検出器１８は、試料から放出された二次電子線をビーム毎に検出して試料表面の状態を観察するためのものである。

［作用］
次に、上記電子線装置ＥＢ３の作用について説明する。先ず、電子銃２０１から放出された一次電子線は所定の放出角で放出されるが、この放出角はコンデンサレンズ２０２で拡大される。放出角が拡大された一次電子線は、２段目のコンデンサレンズ２０３によって所定点２０５にクロスオーバが形成されるように集束される。この時、集束されながら進行する一次電子線はマルチ開口板２０４に一様な照射強度で照射される。そして、一次電子線がマルチ開口板２０４の多数の開口を通過することで、複数の一次電子線が生成される。

ここで、コンデンサレンズ２０３とマルチ開口板２０４とで形成された点２０５におけるクロスオーバを拡大すると、図６に示すようになる。即ち、光軸近くの開口を通過した一次電子線は縮小レンズ２０６に近い点２０５−１（試料２１３側）にクロスオーバを形成し、一方、光軸から遠い開口を通過した一次電子線は縮小レンズ２０６から遠い点２０５−３（電子銃２０１側）にクロスオーバを形成する。これらのクロスオーバは縮小レンズ２０６で拡大され、対物レンズ２１２の主面近くに結像する。この時、点２０５−１の像が対物レンズ２１２の主面に形成されると、当然点２０５−２や点２０５−３を通った一次電子線による像は、対物レンズ２１２により電子銃２０１側に僅かにずれてクロスオーバを形成する。

従来のマルチビームの電子線装置では、すべての開口からのクロスオーバはほぼ同じ位置で光軸と交わる為、クロスオーバではすべてのビームが狭い領域に集中し、ここでのビーム同士の相互作用が大きく空間電荷効果が発生してしまう。

本実施形態に係る電子線装置ＥＢ３では、クロスオーバが形成された点以外では、各開口を通過したビームは互いに離れている状況は従来装置と同じであるが、クロスオーバが形成される位置であっても、点２０５−１，２０５−２，２０５−３で示した様に一次電子線同士が互いに離れているため、空間電荷効果はクロスオーバが形成される位置でも小さく保つことができる。

ここで、図７に基づいてクロスオーバを光軸に沿って相互にずらすための手法について説明する。クロスオーバをずらすには、コンデンサレンズ２０３の球面収差を利用する。図２はコンデンサレンズ２０３の各要素の概念図である。コンデンサレンズ２０３はレンズコア２０３−１を有し、コンデンサレンズ２０３のボーア径をＤとし、マルチ開口板２０４の最も光軸から離れた開口間の距離をｄとする。このとき、コンデンサレンズ２０３の球面収差によって一次電子線のクロスオーバをずらす方法として２つの策がある。

一つはレンズボーア径Dを開口間最大距離ｄに近付ける方法であり、他の一つはクロスオーバが形成される点２０５から両端の開口を見る角度αを所定値より大きくすることである。実施例としては、前者に対しては
１＜D／ｄ≦３
であればよいことがシミュレーションで確かめる事ができる。

また、後者に対してはα＞２００ｍradであればよい。これは、球面収差がα^３に比例して大きくなることから、αが所定値よりも大きくなるような開口角とすれば、球面収差によって必要な大きさのクロスオーバのずれを得ることができるからである。

また、対物レンズ２１２の近くのクロスオーバが形成される点においても、縮小レンズ２０６によってさらに一次電子線同士の相互間距離が拡大されるため、空間電荷効果を小さくできる。

所定位置でクロスオーバが形成された複数の一次電子線は、縮小レンズ２０６と対物レンズ２１２とで２段階に縮小され、試料２１３の表面上に縮小像２２１を形成する。試料２１３の表面の走査は、静電偏向器２１０で一次電子線を偏向することによって行われる。

ところで、図６に示すように、クロスオーバが１点に結像しないことに起因して、新たな問題が生じる。即ち、光軸から遠い開口を通過した一次電子線が点２０５−３で示したように、対物レンズ２１２の主面から離れた位置にクロスオーバを形成すると、一次電子線が対物レンズ２１２でレンズ作用を受け、試料２１３の表面において光軸方向へ近づくように僅かに曲げられてしまう。このため、仮に、マルチ開口板２０４に形成される開口の配置が、一定間隔の格子状だったと仮定した場合、タル型の歪が発生してしまうこととなる。ここでタル型というのは、長方形の長手方向中間部が僅かに太くなって湾曲する樽のような形状をいう。

これに対し、試料２１３の表面のパターン評価をする場合には、試料２１３の表面上では図８に示した様に、複数の一次電子線はＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれピッチは異なるが等間隔の一次電子線が照射されることが好都合である。従って、予め図９に示すような糸巻型に歪んだ位置に複数の開口を配置しておけば、対物レンズ２１２で生じるタル型歪が補正されて、図８で示すような等間隔の一次電子線が得られ、しかも空間電荷効果を低く押さえる事ができる。ここで、糸巻き型とは、長方形の長手方向中間部が僅かに細くなって湾曲する糸巻きのような形状をいう。更に、対物レンズが電磁レンズの場合は、光軸からの距離に依存して僅かに変化する回転が生じるため、符号２２０’で示した位置に開口を設ける必要がある。

試料２１３の走査点から放出された二次電子線は、対物レンズ２１２の内部で正の高電圧が印加された軸対称電極２１１と試料２１３に印加された負電圧とが作る加速電界によって加速・集束される。そして、対物レンズ２１２を通過してすぐ試料像を形成する。試料像から発散した二次電子線は静電偏向器２１０で光軸方向へ偏向され、更にビーム分離器２０９で二次光学系（図の左側）へ偏向される。その後、２段の電磁偏向器２１４，２１５で垂直方向へ偏向され、点２１７の位置に２段目の試料像が形成される。更に、回転レンズ２１６で二次電子線検出器２１８に試料像が形成され、各電子線毎に２次電子検出が行われる。ここで、静電レンズ２２５によって、３つの電磁偏向器２０９，２１４，２１５によって発生する２次電子像の偏向色収差が無くなる。

［第４の実施形態］
［全体概要］
図１０は、本発明の第４の実施形態に係る収差補正レンズ機構を備えた電子線装置ＥＢ４の概略図である。この電子線装置ＥＢ４は一次光学系として、電子線Ｅの上流側から順に、電子銃３０１、コンデンサレンズ３２５、マルチ開口板３０２、縮小レンズ３０３，３０４、第１補助レンズ３０５、二段静電偏向器３０６，３０７、ウィーンフィルタ３０８、第２補助レンズ３１１、静電偏向器３１２、ビーム分離器３１３、静電偏向器３１４及び対物レンズ３１５を備えている。そして、対物レンズ３１５の下流側に試料３１６が配置されている。

一方、二次光学系としては試料３１６から順に、対物レンズ３１５、静電偏向器３１４、ビーム分離器３１３、電磁偏向器３１７，拡大レンズ３１８，３１９が配置され、最下流側に二次電子線検出器３２０が配置されている。

［電子銃］
電子銃３０１はＣｅＢ６単（６ホウ化セリウム）単結晶のカソードを備えており、その先端は尖った形状に研磨されている。

［コンデンサレンズ］
電子銃３０１の下流側にはコンデンサレンズ３２５が設けられている。このコンデンサレンズ３２５は電子銃３０１から放出された一次電子線の強度が一様な領域をマルチ開口板３０２の位置で所定の寸法となるように調整するためのものである。

［マルチ開口板］
コンデンサレンズ３２５の下流側にはマルチ開口板３０２が設けられている。マルチ開口板３０２はコンデンサレンズ３２５を通過した一次電子線から複数の一次電子線を生成するためのものである。このため、マルチ開口板３０２には多数の開口が形成されている。

［縮小レンズ］
マルチ開口板３０２の下流側に配置された縮小レンズ３０３，３０４は、一次電子線の縮小率を調整し、所定位置に縮小像を結像させる機能を有する。

［第１補助レンズ］
縮小レンズ３０４の下流側に配置された第１補助レンズ３０５は、後述するウィーンフィルタ３０８の所定位置にクロスオーバ像を形成するためのものである。この第１補助レンズ３０５は一次電子線の像点に配置されている。

［静電偏向器］
第１補助レンズ３０５の下流側に配置されている静電偏向器３０６，３０７は一般的な静電偏向器であり、ウィーンフィルタ３０８への軸合わせのために一次電子線を偏向する機能を有している。

［ウィーンフィルタ］
静電偏向器３０７の下流側に配置されているウィーンフィルタ３０８は、収差補正レンズ機構の主要部である。このウィーンフィルタ３０８の物点３０９と像点３２６はウィーンフィルタ３０８の外側にある。ここで、非分散ウィーンフィルタ３０８は、光軸方向の中心点３１０から等距離にある２つの結像点３２３，３２４を有している。すなわち、点３２３から発散する一次電子線を点３２４に結像させるレンズ作用を有している。従って、補助レンズ３０５によって点３２５から放出された一次電子線を点３２３に結像させれば、これをウィーンフィルタ３０８が点３２４に結像させることとなる。従って、図１０における点線の軌道３２２はウィーンフィルタ３０８の内部の点３１０に対して点対象な軌道となる。尚、このように点対称の軌道にした場合、光軸外の一次電子線に新たな収差を発生させないので、収差を小さく抑制することができる。

［第２補助レンズ］
ウィーンフィルタ３０８の下流側に配置された第２補助レンズ３１１は、一次電子線を対物レンズ３１５の主面付近に結像させる機能を有している。この第２補助レンズ３１１はウィーンフィルタ３０８の像点に配置されている。

［静電偏向器］
第２補助レンズ３１１の下流側に配置された静電偏向器３１２は、一次電子線を後述するビーム分離器３１３側へ僅かに偏向する機能を有している。

［ビーム分離器］
ビーム分離器３１３は電磁偏向器からなり、静電偏向器３１２で僅かに偏向された一次電子線を偏向して、試料３１６に対して垂直に照射されるようにする機能を有している。

［静電偏向器］
ビーム分離器３１３の下流側に配置された静電偏向器３１４は、一次電子線で試料３１６の表面を走査するために偏向する機能を有している。

［対物レンズ］
対物レンズ３１５は、静電偏向器３１４を通過した一次電子線を縮小して、試料３１６の表面に合焦させる機能を有している。

［二次光学系］
［対物レンズ］
対物レンズ３１５は二次光学系としても作用し、具体的には試料３１６の表面から放出される二次電子線を加速・集束させる。

［ビーム分離器］
一次光学系においても説明したが、ビーム分離器３１３は電磁偏向器からなり、二次光学系要素としても機能している。即ち、対物レンズ３１５を通過した二次電子線を二次光学系側（図１では右方）に偏向する機能を有している。

［電磁偏向器］
ビーム分離器３１３の下流側に配置された電磁偏向器３１７は、二次電子線を更に偏向して次の二次光学系要素へ向ける機能を有している。

［拡大レンズ］
電磁偏向器３１７の下流側に配置された拡大レンズ３１８，３１９は、二次電子線の拡大率を調整して後述する二次電子検出器３２０で拡大像を形成するためのものである。

［二次電子線検出器］
二次光学系の最下流には二次電子線検出器３２０が設けられている。この二次電子線検出器３２０は、試料３１６から放出された二次電子線をビーム毎に検出して試料表面の状態を観察するためのものである。

［作用］
次に、本実施形態の収差補正レンズ機構を備える電子線装置ＥＢ４の作用について説明する。まず、電子銃３０１から放出された一次電子線は、コンデンサレンズ３２５によって集束される。一次電子線は集束されながら、マルチ開口板３０２に一様な強度で照射される。マルチ開口板３０２の各開口を通過した一次電子線は、点３２６においてクロスオーバを形成する。

マルチ開口板３０２の開口を通過し、複数のビームとされた一次電子線は、二段の縮小レンズ３０３，３０４で縮小率が調整され、点３０９に縮小像を形成する。この縮小像は非分散のウィーンフィルタ３０８で負の軸上色収差を有する像を点３２６に形成する。複数の一次電子線を用いる場合には、光軸から離れた場所での一次電子線も細く絞る必要があるため、第１補助レンズ３０５を点３０９に設け、クロスオーバ像をウィーンフィルタ３０８の内部の点３２３で示した位置に結像させる。この第１補助レンズ３０５は、複数の一次電子線の像点に配置されているため、各一次電子線の結像には影響を与えず、クロスオーバの結像図が符号３２２の点線で示す軌道となるように制御することができる。

ここで、ウィーンフィルタ３０８の物点３０９と像点３２６とは、光軸方向に見た場合にウィーンフィルタ３０８の外側にあるので、このウィーンフィルタ３０８への軸合せ用偏向器３０６，３０７をウィーンフィルタ３０８の前に配置することができる。また、点線３２２で示す軌道はウィーンフィルタ３０８の中間点３１０の上下で点対称であるので、コマ収差や倍率・回転による色収差はこのウィーンフィルタ３０８では発生しない。

また、ウィーンフィルタ３０８の像点３２６にも第２補助レンズ３１１を設け、点３２４で形成されたクロスオーバ像を対物レンズ３１５の主面近傍に結像させるので、対物レンズ３１５によって発生するコマ収差や倍率・回転色収差を小さくすることができる。負の軸上色収差を有するマルチビーム像は対物レンズ３１５でさらに縮小され、この時対物レンズで生じる正の軸上色収差と相殺されて試料３１６上に合焦される。

ビーム分離器３１３で発生する偏向色収差を補正するために、複数の一次電子線は静電偏向器３１２でビーム分離器３１３での偏向量と等しい角度偏向されるようになっており、電子銃３０１から鉛直に放出された一次電子線を試料３１６に対して垂直に入射させることができる。試料３１６の表面上の走査は静電偏向器３１２と３１４による二段偏向で行われ、偏向によるコマ収差と偏向色収差を最小にする偏向支点で偏向して行う。

試料３１６上の走査点から放出された二次電子線は、対物レンズ３１５で加速・集束され、静電偏向器３１４で光軸方向へ偏向され、ビーム分離器３１３で一次電子線と分離される。分離された二次電子線は、偏向器３１７で必要な角度だけ偏向され、二次光学系に入射する。二次光学系では、二段の拡大レンズ３１８，３１９で拡大率が調整され、二次電子検出器３２０に拡大像が形成されて二次電子線が検出される。

ところで、クロスオーバ像が形成される点３２３又は３２４が、ウィーンフィルタ３０８の中心点３１０からどの程度離れた位置に形成されるかを確認するためには、ウィーンフィルタ３０８を２つの薄肉レンズで近似すると便利である。即ち、図１０（Ｂ）に示すように２つの薄肉レンズを仮定し、それぞれの焦点距離をｆとすると、薄肉レンズの公式により以下のようになる。具体的一例として、１つの薄肉レンズの焦点距離を30、各薄肉レンズの中点からの距離を５と仮定した場合、以下のようの焦点距離ｆは4.3となる。

従って、ウィーンフィルタ３０８の中心点３１０から点３２３又は点３２４迄の距離は５＋4.3＝9.3（任意単位）となる。

［第５の実施形態］
図１１は、本発明の第５の実施形態に係る収差補正レンズ機構を備えた電子線装置ＥＢ５である。電子銃３３１はＣｅＢ６単結晶カソードで、先端が200μｍ〜1ｍｍの曲率半径に研磨されたカソード３３２を用い、低輝度・高エミッタンスの一次電子線を放出できるようになっている。電子銃３３１から放出された一次電子線をコンデンサレンズ３３３で集束し、成形開口３３４を一様な照射強度で照射する。成形開口３３４で正方形あるいは長方形に成形された一次電子線は、二段の縮小レンズ３３５，３３６で倍率が調整され、対物レンズ３３８で試料３３９の表面に正方形あるいは長方形の一次電子線像を結像させる。電磁偏向器３３７では一次電子線が試料３３９に向けて偏向される。尚、試料３３９の表面に対する一次電子線の入射角度が５〜10度程度でも問題なければ、ビーム分離器などで二次電子線を偏向せずに二次光学系に導くことができる。

試料３３９から放出された二次電子線は、タブレットレンズ３３８、３４０で点３５３の位置において拡大率１に近い像を形成する。この時、コマ収差と倍率色収差とを最小にする位置にＮＡ開口板３５２を設ける。点３５３に形成された二次電子線の像は二段のウィーンフィルタ３４２，３４３で点３４６，３４７に像を形成するが、二段のウィーンフィルタ３４２，３４３の四極子電界及び四極子磁界の励起条件を最適にすることによって、対物レンズ系３３８，３４０が生じさせる軸上色収差と絶対値が等しい負の軸上色収差の像を点３４７に形成することができる。ここでいう最適な励起条件とは、光軸上の一次電子線が直進し、非分散のウィーン条件が満たされ且つ負の軸上色収差が発生する条件をいう。従って点３４７の位置では軸上色収差がほぼ零で、ＮＡ開口板３５２の開口を大きくしても必要な解像度を得ることができる。点３４７に形成された二次電子線の像は拡大レンズ３４８，３４９で必要な倍率に拡大され、ＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）からなる二次電子線検出器３５０に結像される。

試料３３９で発生する二次電子線の像のうち、光軸から離れた位置の像でも高解像度が要求されるが、これを実現するためには光軸から離れた位置から放出された主光線の軌道が中間点３４６を中心として上下で対称であればよい。この為、二次電子線の像が形成される点３５３の位置にＮＡ開口像制御用の補助レンズ３４１を設け、ＮＡ開口板３５２の開口の像をウィーンフィルタ３４２の端面近傍の点３５５に結像させればよい。その結果、光軸から離れた位置からの主光線の軌道が点線３４５で示した様に上下で対称となり、コマ収差や倍率の色収差を小さくできる。また拡大レンズ３４８，３４９の手前にそれぞれＮＡ開口像制御用の補助レンズ３５１，３５４を設け、ＮＡ開口板３５２の開口の像を拡大レンズの主面に結像させれば歪収差を小さくすることができる。尚、補助レンズ３５１は倍率可変機能を有している。

点３５５の位置がどの位置になるかは図１０と同様、ウィーンフィルタ３４２，３４３の中心に薄肉レンズがあると近似すると求める事ができる。ここで、各ウィーンフィルタ３４２，３４３の中間点３４６からそれぞれのウィーンフィルタ３４２，３４３までの距離を35、各ウィーンフィルタ３４２，３４３から点３４７，３５３までの距離を35と仮定すると、実線で示した結像関係から、

即ち、点３５５はウィーンフィルタ中心から17.5の位置となる。

ＮＡ開口板３５２の開口の像を点３５５の位置に形成すること、言い換えれば光軸外の二次電子線の主光線が点線３４５で示した軌道を取るように制御するには、ＮＡ開口像制御用の補助レンズ３４１を用いればよい。

［第６の実施形態］
［全体概要］
図１２は、本発明の第６の実施形態に係る電子線装置ＥＢ６を示す概略図である。この電子線装置ＥＢ６は一次光学系として、電子線Ｅの上流側から順に、電子銃４０１、コンデンサレンズ４０２，４０３、マルチ開口板４０４、回転レンズ４０５、軸上色収差補正レンズ４０６、静電偏向器４０９、ビーム分離器４１０、走査用静電偏向器４３３、対物レンズ４１１を備えている。そして、対物レンズ４１１の下流側に試料４１２が配置されている。一方、二次光学系としては試料４１２から順に、対物レンズ４１１、ビーム分離器４１０、電磁偏向器４１３、静電レンズ４１４、電磁偏向器４１５、収差補正レンズ４１７、拡大レンズ４１９が配置され、最下流側に二次電子線検出器４２０が配置されている。

［電子銃］
電子銃４０１はＣｅＢ６単結晶のカソードを備えており、その先端は尖った形状に研磨されている。

［コンデンサレンズ］
電子銃４０１の下流側にはコンデンサレンズ４０２，４０３が配置されており、このコンデンサレンズ４０２，４０３は、電子銃４０１から放出される一次電子線の放出角を調整するものである。

［マルチ開口板］
コンデンサレンズ４０３の下流側にはマルチ開口板４０４が設けられている。マルチ開口板４０４は電子銃４０１から放出された一次電子線から複数の一次電子線を生成するためのものである。このため、マルチ開口板４０４には多数の開口が形成されている。

［回転レンズ］
マルチ開口板４０４の下流側に配置された回転レンズ４０５は、マルチ開口板４０４を通過した複数の一次電子線を回転調整するものである。

［軸上色収差補正レンズ］
軸上色収差補正レンズ４０６は、一次電子線に対して負の色収差を生じさせるためのものであり、ウィーンフィルタからなる。軸上色収差補正レンズ４０６には，図１２（Ｂ）に示すような概ね扇形の電磁極が複数組設けられ、これらが組み合わされて軸上色収差補正レンズ４０６を構成するようになっている。本実施形態の軸上色収差補正レンズ４０６では、１２極の電磁極が設けられている。

次に、電磁極の具体的構造について図１２（Ｂ）に基づいて更に詳しく説明する。この電磁極は第１の電磁極部４２２ａと、第２の電磁極部４２２ｂと、第３の電磁極部４２２ｃとからなる。第１の電磁極部４２２ａは光軸に最も近接した部分であり光軸から扇形に広がる断面形状をしている。また、第２の電磁極部４２２ｂは断面の厚みがほぼ一定で平行の形状である。更に第３の電磁極部４２２ｃはネジ４２６によって外筒４３２と接合する際に円周方向のネジ間隔を十分取れるように円周方向に延びた弓状断面形状を有している。そしてこれら、第１の電磁極部４２２ａと第２の電磁極部４２２ｂとが繋がっており、更に、第２の電磁極部４２２ｂと第３の電磁極部４２２ｃとが繋がっている。また、第２の電磁極部４２２ｂの周囲には励磁コイル４２３が巻かれている。そして、この励磁コイル４２３で作られた磁束が有効に光軸近くに形成される。また、第３の電磁極部４２２ｃ側には絶縁スペーサ４２７が配置され、この絶縁スペーサ４２７を介して外筒４３２に固定されている。外筒４３２との固定には通常の固定ネジ４２６が用いられる。そして、全ての電磁極が外筒４３２に固定された後、光軸付近のボア部と第１の電磁極部４２２ａのみ最終的に加工される。

［静電偏向器］
軸上色収差補正レンズ４０６の下流側に配置されている偏向器４０９は、一般的な静電偏向器であり、一次電子線を偏向する。この静電偏向器４０９は、後述するビーム分離器４１０の偏向色収差を補正すると共に、試料４１２に対する走査用の偏向器としても機能する。

［ビーム分離器］
ビーム分離器４１０は一次電子線を試料４１２側に偏向して、試料４１２に対して一次電子線が垂直に照射されるようにするものである。このビーム分離器４１０は一般的な電磁偏向器からなる。

［静電偏向器］
ビーム分離器４１０の下流側に配置された静電偏向器４３３は走査用の偏向器であり、静電偏向器４０９と共に一次電子線を偏向して試料４１２の表面を走査する機能を有する。

［対物レンズ］
対物レンズ４１１は一次電子線を縮小して、試料４１２の表面で合焦させる機能を有している。

［ビーム分離器］
ビーム分離器４１０は試料４１２から放出される二次電子線を二次光学系の側に僅かに偏向して、一次電子線から分離するためのものである。

［電磁偏向器］
電磁偏向器４１３はビーム分離器４１０で僅かに偏向された二次電子線を更に偏向して二次電子光学系に導くためのものである。

［静電レンズ］
電磁偏向器４１３の下流側に配置された静電レンズ４１４は、偏向方向を回転させること無く、二次電子線を拡大するためのものである。

［電磁偏向器］
静電レンズ４１４の下流側に設けられた電磁偏向器４１５は、二次電子線の光軸を垂直にすると共に、ビーム分離器４１０および電磁偏向器４１３で生じた偏向色収差を補正するためのものである。

［収差補正レンズ］
電磁偏向器４１５の下流側に設けられた収差補正レンズ４１７は、二次電子線の軸上色収差と球面収差とを補正するためのものである。この収差補正レンズ４１７は、上記した軸上色収差補正レンズ４０６と同様の構造のウィーンフィルタからなる。

［拡大レンズ］
収差補正レンズ４１７の下流側には拡大レンズ４１９が設けられ、この拡大レンズ４１９によって二次電子線検出器に拡大像が形成される。

［二次電子線検出器］
拡大レンズ４１９の下流側には二次電子線検出器４２０が設けられている。この二次電子線検出器４２０は、試料４１２から放出された二次電子線を検出して試料表面の状態を観察するためのものである。

［作用］
次に、当該実施形態に係る電子線装置ＥＢ６の作用について説明する。先ず、電子銃４０１から放出された一次電子線は２つのコンデンサレンズ４０２，４０３で一次電子線の放出角を調整され、マルチ開口板４０４を一様な強度で照射する。マルチ開口板４０４の各開口を通過した一次電子線は回転レンズ４０５によって回転調整され、同時に点４０７において縮小像が形成される。ここで、回転調整とは、複数の一次電子線で同時に試料上を走査した場合に、相互に隣接する走査線の間隔が等しくなるように複数の一次電子線を回転させることをいう。点４０７に形成された縮小像は軸上色収差補正レンズ４０６によって点４０８において負の色収差を有する像を形成する。

ところで、軸上色収差補正レンズ４０６は、各電磁極に印加される電圧の変動や励起コイルに供給される電流のドリフト、更には軸上色収差補正レンズ４０６の製作精度の低さに起因し、この収差補正レンズ自体も点４０８において100ｎｍ程度の寄生収差を発生させる。

しかし、この100ｎｍ程度の寄生収差も、１／２０の縮小作用を有する対物レンズ４１１によって縮小され、試料４１２の表面では１／２０程度に縮小されるので、５nm程度となって問題の無い値となる。即ち、電源の不安定等により発生する収差量をシミュレーション等で予測し、その収差が試料面上で十分小さくなる様、軸上色収差補正レンズ像点４０８から試料への縮小率を決めればよい。

点４０８における像は、静電偏向器４０９と電磁偏向器のビーム分離器４１０とで偏向色収差を補正した状態で２回偏向され、対物レンズ４１１に垂直に入射する。

試料４１２から放出された二次電子線は対物レンズ４１１で加速・収束され、対物レンズ４１１のすぐ上に試料表面の像に対して１倍強の拡大像を形成する。この拡大像からの二次電子縁はビーム分離器４１０で11°程度二次光学系側（図では右）へ偏向され、電磁偏向器４１３でさらに右へ34°程度偏向され、試料４１２の法線に対して合計45°の角度を保って右へ向う。静電レンズ４１４は二次電子線の偏光方向を回転させることなく点４１６に試料表面の像に対して約２倍の拡大像を形成する。

２倍の拡大像が形成される点４１６から所定の距離だけ手前の位置には電磁偏向器４１５が設けられ、二次電子線の光軸が垂直にされる同時にビーム分離器４１０及び電磁偏向器４１３で発生した偏向色収差が補正される。拡大像が形成された点４１６から放出される二次電子線によって、軸上色収差と球面収差とを補正する収差補正レンズ４１７で点４１８に試料表面の像に対する等倍像を形成し、さらに拡大レンズ４１７で二次電子線検出器４２０に拡大像を形成する。

収差補正レンズ４１７は安価に製作が可能なように、組立て精度も低く電源も比較的安定性の悪い電源を用いるが、一例として点４１８において生じる収差が点４０８において生じている収差の約５倍、即ち500nm程度の寄生収差となるような組立て精度と電源精度を採用する設計とした。この寄生収差は、拡大率を勘案して試料４１２の表面での値に換算すると、試料４１２から点４１６迄の像の拡大率が２倍であるから、逆算すると500／２＝250ｎｍという値となる。従って試料４１２上での一次電子線の配置を400nm間隔とすればこの250ｎｍの寄生収差は全く問題とならない。なぜなら、二次電子線検出器４２０の寸法を試料面換算で400ｎｍにすることが可能であり、二次電子線が試料面換算で250ｎｍ程度であっても十分に検出器に入射されるので問題とならない。

試料４１２の法線に対して±90度以内から放出され、且つ初期エネルギが0.5〜５ｅVの二次電子線を全て検出しようとすると、点４１６でのビーム径は球面収差と軸上色収差によって２ｍｍ程度に拡がってしまう。これは市販のシュミレーションソフトウェアによって計算可能である、このため、もし収差補正レンズ４１７が無ければ、二次電子線の一部が検出器から外れてしまい、その結果検出効率が低下してしまう。しかし、軸上色収差と球面収差を収差補正レンズ４１７で補正すれば、収差は上記した250ｎｍ程度の寄生収差のみとなるので100％近い検出効率が得られる。

軸上色収差補正レンズ４０６及び収差補正レンズ４１７は、いずれも図１２（Ｂ）に示すような構造の電磁極を１２極組み合わせたウィーンフィルタである。このウィーンフィルタは中間点４２８又は４３０に中間像を形成することにより非分散条件を満たすようになっている。即ち結像条件を示す軌道は実線４２９、４３１である。

図１２（Ｂ）で符号４２１は光軸であり、符号４２２は電極兼磁極であるパーマロイで、最終加工を放電加工で行うことにより、寸法、形状或いは角度間隔が高精度に加工されている。また、符号４２３は励磁コイルであり、符号４２４はコイルを被服するための絶縁物が光軸方向から見えない様にするための金属カバーであり、符号４２５はこの金属カバーを締め付けるネジで、符号４２６は電極兼磁極を外筒４３２に固定するためのネジであり、符号４２７は絶縁スペーサである。ウィーンフィルタは、光軸方向の長さ（即ち、厚さ）をこのレンズ系の物点と像点の相互間距離より短くすることにより製作し易くすると共に、負の軸上色収差係数や負の球面収差の値を４倍〜９倍に増加させている。即ち、ウィーンフィルタの光軸方向の実寸法を物点−像点の相互間距離の１／２以下にすることにより、軸上色収差係数の絶対値を４倍以上にすることができるので、光学系の縮小率を小さくすることにより生ずる軸対称レンズの物面で軸上色収差係数が大きくなるという問題を回避できる。

一次光学系については、軸上色収差補正レンズ４０６で発生する収差と試料４１２の表面上での必要な解像度との比率以下の縮小倍率を選べばよいのに対して、二次光学系では収差補正レンズ４１７で発生する収差を試料４１２の表面とその拡大像との拡大率で割算した寄生収差の試料面上での値よりも一次電子線の最小間隔を大きくすればよいと言える。

［第７の実施形態］
［全体概要］
図１３は、本発明の第７の実施形態に係る電子線装置を示す概略図ＥＢ７である。この電子線装置ＥＢ７は一次光学系として、電子線Ｅの上流側から順に、電子銃５０１、コンデンサレンズ５０２，５０３、マルチ開口板５０４、回転レンズ５０５、ＮＡ開口板５２１、縮小レンズ５０６、静電偏向器５０７、電磁偏向器からなるビーム分離器５０８、対物レンズ５０９、軸対称電極５１０を備えている。そして、対物レンズ５０９の下流側に試料５１１が配置されている。一方、二次光学系としては試料５１１から順に、対物レンズ５０９、ビーム分離器５０８、電磁偏向器５１２、静電レンズ５１３、電磁偏向器５１５、回転可能レンズ５１６、最下流側に二次電子線検出器５１８が配置されている。

［電子銃］
電子銃５０１はＣｅＢ６単結晶のカソードを備えており、その先端は極率半径が25μｍの部分球状に研磨されており、高輝度で高エミッタンスの一次電子線を放出できるようになっている。但し、高輝度の一次電子線を放出したい場合には先端の曲率半径10μｍ程度に設定するとよい。一方、高エミッタンスの一次電子線を放出したい場合には、先端の曲率半径を30μｍ程度に設定するとよい。従って、一般的には10μｍ〜30μｍ程度の曲率半径を有することが望ましい。

［コンデンサレンズ］
電子銃５０１の下流側にはコンデンサレンズ５０２，５０３が配置されており、このコンデンサレンズ５０２，５０３は、電子銃５０１から放出される一次電子線の放出角を調整するものである。

［マルチ開口板］
コンデンサレンズ５０３の下流側にはマルチ開口板５０４が設けられている。マルチ開口板５０４は電子銃５０１より放出された一次電子線から複数の一次電子線を生成するためのものである。このため、マルチ開口板５０４には多数の開口が形成されている。

［回転レンズ］
マルチ開口板５０４の下流側に配置された回転レンズ５０５は、マルチ開口板５０４を通過した複数の一次電子線を回転調整するものである。

［ＮＡ開口板］
回転レンズ５０５の下流側に配置されるＮＡ開口板５２１は、一次電子線を成形するためのものであり、光軸に対応する位置に所定形状の開口が形成されている。

［縮小レンズ］
ＮＡ開口板５２１の下流側に配置された縮小レンズ５０６は、マルチ開口板５０４を通過した一次電子線を縮小すると共に、ＮＡ開口板５２１の開口を通過した一次電子線を対物レンズ５０９の主面近傍で結像させるためのものである。

［静電偏向器］
縮小レンズ５０６の下流側に配置されている静電偏向器５０７は、一般的な静電偏向器であり、一次電子線を偏向する。この静電偏向器５０７は、試料５１１に対する走査用の偏向器としても機能する。

［ビーム分離器］
ビーム分離器５０８は一次電子線を試料５１１側に向けて偏向して、試料５１１に対して一次電子線が垂直に照射されるようにするものである。このビーム分離器５０８は一般的な電磁偏向器からなる。

［対物レンズ］
対物レンズ５０９は一次電子線を縮小して、試料５１１の表面で合焦させる機能を有している。

［軸対称電極］
対物レンズ５０９の下流側に配置される軸対称電極５１０は、高電圧が印加されて試料５１１の表面との間に所定強度の電界を形成するためのものである。本実施形態において軸対称電極５１０には、１ｋＶ／ｍｍ〜４ｋＶ／ｍｍの電圧が印加されている。

［ビーム分離器］
ビーム分離器５０８は試料５１１から放出される二次電子線を二次光学系の側に僅かに偏向して、一次電子線から分離するためのものである。

［電磁偏向器］
電磁偏向器５１２はビーム分離器５０８で僅かに偏向された二次電子線を更に偏向して二次電子光学系に導くためのものである。

［静電レンズ］
電磁偏向器５１２の下流側に配置された静電レンズ５１３は、偏向方向を回転させること無く、二次電子線を拡大するためのものである。

［電磁偏向器］
静電レンズ５１３の下流側に設けられた電磁偏向器５１５は、二次電子線の光軸を垂直にするためのものである。

［回転レンズ］
電磁偏向器５１５の下流側に配置された回転レンズ５１６は、二次電子線を拡大して二次電子線検出器５１８に二次電子像を形成するためのものである。

［二次電子線検出器］
回転レンズ５１６の下流側には二次電子線検出器５１８が設けられている。この二次電子線検出器５１８は、試料５１１から放出された二次電子線を検出して試料表面の状態を観察するためのものである。

［作用］
次に、本実施形態に係る電子線装置ＥＢ７の作用について説明する。先ず、電子銃５０1から放出された一次電子線は焦点距離の短いコンデンサレンズ５０２で集束され、一様な強度分布を有する領域が拡大され、さらにコンデンサレンズ５０３で集束されて回転レンズ５０５の手前でクロスオーバ像が形成される。コンデンサレンズ５０３のすぐ下流側には３行９列の開口を有するマルチ開口板５０４が設けられており、マルチ開口板５０４の開口を通過した一次電子線の像は回転レンズ５０５と縮小レンズ５０６とで縮小される。ここで、回転レンズ５０５は光軸に沿って上下ほぼ対象の２個のレンズからなり、その中央の磁極を共通にした構造を有し、それぞれコイルに流す電流の向きを調整し、互いに逆方向の軸上磁場が発生するようも制御されている。縮小された一次電子線はさらに対物レンズ５０９でも縮小され、試料５１１上に結像するようになっている。

縮小レンズ５０６のすぐ上流側にはＮＡ開口板５２１が設けられるが、このＮＡ開口板５２１の開口は、マルチ開口板５０４の各開口のうち光軸から最も遠い開口を通過した主光線が光軸と交わる位置に設けられている。そして、その主光線以外の電子線も全くＮＡ開口に遮られないように、ＮＡ開口は十分大きい穴径に設計されている。このような構成において、マルチ開口板５０４の光軸近くの開口からの一次電子線はこのＮＡ開口板５２１の開口よりも下流側でクロスオーバ像を形成するため、一次電子線の一部はこのＮＡ開口で遮られ、結果として一次電子線のビーム電流が低下する。

縮小レンズ５０６はマルチ開口板５０４の開口の像を縮小すると同時にＮＡ開口板５２１が形成する像を対物レンズ５０９の主面近傍の位置に結像させる。このとき、結像させる位置は、シミュレーションによって収差が最小になる位置である。静電偏向器５０７では一次電子線が約10°偏向され、電磁偏向器５０８では同じ角度だけ逆方向に偏向され、一次電子線が試料５１１の表面に対して垂直になるように対物レンズ５０９に入射させる。

軸対称電極５１０は正の電圧が印加され、これにより試料５１１の表面上の電界強度が４ｋＶ／ｍｍ〜１０ｋＶ／ｍｍの範囲に設定可能である。例えば、試料がビアを有する等の事情で放電しやすい場合は４ｋＶ／ｍｍ程度に設定され、試料が平坦な表面の場合には１０ｋＶ／ｍｍ程度に設定され、これらの中間の放電しやすさの試料ではこれらの中間の電界強度に設定される。試料５１１の表面から放出された二次電子線は対物レンズ５０９を通過し、点５１９の位置に拡大像が形成されるようになっている。二次電子線はビーム分離器５０８で二次光学系側（図では右側）へ偏向され、さらに電磁偏向器５１２で大きく偏向され、静電レンズ５１３に入射される。静電レンズ５１３を通過した二次電子線は電磁偏向器５１５で垂直に戻される。

静電レンズ５１３によって二次電子線の像が形成される点５１７のすぐ下流側には回転可能レンズ５１６が配置され、この回転可能レンズ５１６で像が拡大されて検出器５１８の検出面５１９に二次電子線像が形成される。この検出面５１９は二次電子線検出器５１８より十分大きい面積を有し、その面には高電圧が印加されている（図１５参照）。このように高電圧が印加されることにより、シンチレータの発光効率が高くなるエネルギ状態になるまで二次電子線が加速され、その後二次電子線がシンチレータに入射される。

ビーム分離器５０８の偏向によって発生する偏向色収差は、一次電子線については、縮小像が形成される点５２３と静電偏向器５０７との間の距離を、点５２３と電磁偏向器５０８との間の距離の半分にすることによって０にできる。これは以下の理由による。すなわち、点５２３の位置で換算した静電偏向器５０７による偏向色収差は、以下の式で求まる。

（点５２３−点５０７間距離）×（点５０７における偏向色収差角度）
また、点５２３の位置で換算したビーム分離器５０８による偏向色収差は以下の式で求まる。

（点５２３−点５０８間距離）×（点５０８における偏向色収差角度）
この値は、以下の式に変形することが可能であります。

２・（点５２３−点５０７間距離）×1/2・（点５０７における偏向色収差角度）
この式は、点５２３の位置で換算した静電偏向器５０７による偏向色収差を計算する式と同一となる。このため、偏向色収差を相殺することができる。

二次電子線の偏向色収差については、静電レンズ５１３による二次電子線の拡大率をMと仮定し、二次電子線像の対物レンズ５０９による像位置５１９と電磁偏向器５０８との間の距離をL1 、点５１９と２段目の電磁偏向器５１２間の距離をL２、３段目の電磁偏向器５１５と静電レンズ５１３による二次電子線像位置５１７間の距離をL３とすると、次の関係が成り立つ時、偏向色収差は打ち消される。

M（L１α１＋L２α２）＝（α1+α2）L３
ここで、「Ｍ」は点５１９での偏向色収差を点５１７での偏向色収差に換算するための定数である。L１α１はビーム分離器５０８により点５１９で生じる偏向色収差である。L２α２は電磁偏向器５１２により点５１９で生じる偏向色収差である。そして、（α1+α2）L３は電磁偏向器５１５により点５１７で生じる偏向色収差である。上式の左辺と右辺とは収差の方向が逆であるため、偏向色収差が相殺される。

図１４は、マルチ開口板５０４によって形成される複数の一次電子線が試料５１１の表面上に照射されているときの配置を示す図である。図示しない試料台をＹ軸方向に連続移動させながら試料５１１の評価が行われる。従って、一次電子線はＸ軸方向に走査される。Ｘ軸方向に一次電子線が走査された時、その走査点から放出された二次電子線像は元の一次電子線のビーム形状と異なり、形状が拡がってしまう場合がある。これは光学系の収差が原因である。この拡がりをシミュレーションした結果、Ｘ軸方向の二次電子線像の拡がりはＹ軸方向の二次電子線像の拡がりの３倍程度になり、一例として円形のビーム形状が楕円形になることが明らかになった。このことを考慮して、複数の一次電子線の配置を図１４の様に、Ｘ方向への並び方向をθだけ傾け、ビームのＹ軸方向への並びの方向はＹ軸方向と平行した。これは、各一次電子線による走査線の間隔を各一次電子線がぼけて拡がったときの寸法よりも広くとることで、各電子線が干渉しないようにできるからです。この結果、複数の一次電子線の外縁の配置は長方形ではなく少しひしゃげた長方形、すなわち平行四辺形となるため、一次電子線の最大間隔は図中の左上の一次電子線と右下の一次電子線との間の距離５２９である。もし符号５２１の一次電子線を無くす（マルチ開口板の対応する位置に開口を形成しない）と、最大ビーム間距離は５３０になり、同様に符号５２８の一次電子線を無くすと５３１が最大ビーム間隔となる。ここで点５２５はビーム位置５２１，５２２，５２３，５２４を延長した線上でこれらの間隔だけ延長した点であり、点５２６はビーム位置５２１・・・５２５を結ぶ線に対して直角方向に点５２１と５２２の間隔の１／３の距離だけ延長した位置である。Ｘ軸はこれら２つの仮想的な２点５２５，５２６を結んだ線に平行であり、Ｙ軸はこれと直角である。ここで言うＸ軸及びＹ軸は、それぞれ試料台の移動方向及び一次電子線の走査方向に対応している。設計例では、Ｘ軸方向間隔は1.2μｍ、Ｙ軸方向間隔は0.4μｍとした。

マルチビームの配置が図１４に示すようなものである場合の、検出器の構造を図１５、及び図１６に示す。ここで、二次光学系の倍率、すなわち試料５１１から検出器５１８への倍率を100倍とする。試料面での一次電子線のＹ軸方向の間隔は上記したように0.4μｍであるので、図１６に示す各検出面のＹ軸方向寸法0.4×100＝40μmで、Ｘ軸方向の中央部の検出面５４６では幅が1.2μｍ×100＝120μm、両端部の検出面４７の幅は150μmとした。

作成方法は、直径200μmの光ファイバの一端を、図１５で示したように５４２の長さ（1mm程度）にわたって研削することによってテーパを付けた。この時、図１６における中央領域の検出面５４６の幅は、両端の検出面５４７の幅よりも狭くなっている。この削除でも、テーパ角はψ＝Ｔａｎ⁻¹0.08とした。

このように研摩した光ファイバの研摩面（先端）に反射材としてのアルミを蒸着し、図１６に示したように貼り合せ接着し、真空窓に設けた穴に接着し、受光面を真空窓と同時に平面研摩し酸化錫を蒸着し、シンチレータを塗布しその表面にアルミ膜を薄く蒸着し、この膜に８ｋｖの正の高電圧を印加可能にした。

本発明の検出器では各ピクセルの受光面が長方形であるから、円形ファイバを多数束ねた受光面よりも受光可能な面積率が大きくできる。ここに言う面積率とは、検出面全体の面積に対する実際の受光面の面積の割合であり、本実施形態では円形断面を束ねたときに生じるような隙間が生じないで、全面が検出面となる。尚、検出面に正の高電圧を印加するので発光効率が高い。

また、二次光学系も大部分は垂直にできるので構造的に丈夫であり、垂直の構成された一次光学系との組み合わせによって偏向色収差も補正できる。

［第８の実施形態］
［全体概要］
図１７は、本発明の第８の実施形態に係る電子線装置ＥＢ８を示す概略図である。この電子線装置ＥＢ８は一次光学系として、電子線Ｅの上流側から順に、電子銃６０１、コンデンサレンズ６０２，成形開口板６０３、成形レンズ６０４，６０５、偏向器６０６，６０７、金属円筒６３３，ビーム分離器６０８，６１１、各電極６１２，６１３，６１４からなる対物レンズを備えている。そして、対物レンズの下流側に試料６１５が配置されている。一方、二次光学系としては試料６１５から順に、対物レンズ、ビーム分離器６０８，６１１、ＮＡ開口６１６，偏向器６１７，６１８、静電レンズ６１９、テーパ穴付き筒６３８、偏向器６２０，６２１、軸上色収差補正レンズ６２２、後述のレンズ６２５，６２６に対する軸合せ偏向器６２３，６２４、補助レンズ６２６、拡大レンズ６２５、後述するレンズ６２９、６３０に対する軸合せ偏向器６２７，６２８、補助レンズ６３０、偏向器６３１、最下流側にＭＣＰ（マルチチャネルプレート）からなる二次電子線検出器６３２が配置されている。

［電子銃］
電子銃６０１はＣｅＢ６（６ホウ化セリウム）単結晶のカソードを備えており、その先端は率半径が800μｍの部分球状に研磨されている。この電子銃６０１は、空間電荷制限領域で動作させることによって、ショット雑音を小さくした状態で使用する。

［コンデンサレンズ］
電子銃６０１の下流側にはコンデンサレンズ６０２が配置されており、このコンデンサレンズ６０２は、電子銃６０１から放出される一次電子線を集束させて、下流側の成形開口板６０３に一様な強度で照射するためのものである。

［成形開口板］
コンデンサレンズ６０２の下流側には成形開口板６０３が設けられている。成形開口板６０３は電子銃６０１から放出された一次電子線を所定の形状に成形するためのものである。このため、成形開口板６０３には所定形状の開口が形成されている。

［成形レンズ］
成形開口板６０３の下流側に配置された成形レンズ６０４，６０５は、成形開口板６０３の成形開口を通過した一次電子線の縮小率を調整するためのものである。一次電子線はコンデンサレンズ６０２によって成形レンズ６０４の上流側の点６３８にクロスオーバが形成されるが、この点６３８は成形レンズ６０５の主面と共役な位置となっている。

［偏向器］
成形レンズ６０５の下流側に配置されている二段の偏向器６０６，６０７は、一次電子線を偏向するためのものであり、後述するビーム分離器へ一次電子線を導く役割を有している。

［ビーム分離器］
ビーム分離器は、コイル６０８とパーマロイコア６１１との組合せにより構成されている。このビーム分離器は、一次電子線を試料６１５側に偏向するためのものである。ビーム分離器は、後述する対物レンズの上側電極６１２の内径と等しい内径を有する金属円筒６３３の外側に配置されている。この円筒金属６３３は、対物レンズ側は単純な円筒状であるが、電子銃６０１側は一次電子線が遮られないようテーパが形成されて直径が大きくなっている。尚、このビーム分離器は、後述するように二次光学系要素としても機能する。

［対物レンズ］
対物レンズは一次電子線を縮小して、試料６１５の表面で合焦させる機能を有している。本実施形態の対物レンズは、上側電極６１２と、中央電極６１３と、更に下側電極６１４とからなる。上側電極６１２は、ダイナミックフォーカス用電位を与えられるように絶縁された構造となっている。また、中央電極６１３は試料６１５側で光軸の近傍が円錐台形状の電極となっており、その中心部に円筒状開口が形成されている。一方、光軸から離れた側は平面形状となっている。上記形状は、円筒内径が半径６ｍｍ以上の場合は、低い印加電圧で集束能力を持ち、像面湾曲や非点収差を小さくできることがシュミレーションで確かめられている。試料６１５側の下側電極６１４は中央電極６１３より大きいボーア径の平面電極であり、この下側電極６１４に印加する電圧によって試料６１５の表面上の電界強度を調整することができる。また、この下側電極６１４に印加する電圧を調整することによって合焦条件を保ったまま軸上色収差係数または球面収差係数の値を変化させることができるので、この対物レンズの各収差係数を軸上色収差補正レンズ６２２の負の軸上色収差係数あるいは負の球面収差係数に一致させるかあるいは近い値にすることができる。この対物レンズは、軸上電界分布を電極の外側でほぼ０にするために、上側電極６１２の厚さを上側電極６１２の開口径の少なくとも３倍程度にする必要があったが、ビーム分離器の金属円筒６３３の内径を上側電極６１２の開口の内径に一致させてあるので、薄い上側電極６１２で正常なレンズ作用を得ることができた。具体的には、金属円筒６３３と上側電極６１２とは同電位で金属円筒６３３も電極の一部と同じになるからである。

［二次光学系］
次に、二次光学系について説明する。

［対物レンズ］
既に説明したが、対物レンズは一次光学系要素として機能するが、二次光学系要素としても機能する。具体的には、試料６１５から放出される二次電子線を集束し、平行な電子線にする機能を有している。

［ビーム分離器］
ビーム分離器は、一次光学系要素として既述したように、一次電子線を偏向するものであるが、二次光学系要素としても機能するものであり、試料６１５から放出される二次電子線を二次光学系の側に偏向して、一次電子線から分離する機能を有している。

［ＮＡ開口板］
ビーム分離器の下流側に配置されるＮＡ開口板６１６は、光軸近傍にＮＡ開口が形成され、二次電子線を成形する機能を有している。ＮＡ開口板６１６は、試料６１５から例えば63ｍｍの位置に配置されており、倍率色収差とコマ収差の両方を小さい値にできたので、２つのビーム分離用偏向器６０８、６１１と６１７、６１８の間に設けるようにした。

［偏向器］
ＮＡ開口板６１６の下流側に配置された偏向器は、コイル６１７とパーマロイコア６１８との組合せから構成されている。この偏向器は、ビーム分離器で偏向された二次電子線を更に偏向し、後述する二次電子線検出器に向けるためのものである。

［静電レンズ］
偏向器６１２の下流側に配置された静電レンズ６１９は、偏向方向を回転させること無く、二次電子線を拡大するためのものであり、軸上色収差補正レンズ６２２の物点に試料上の像とほぼ等倍の像を形成する。

［テーパ開口板］
静電レンズ６１９の下流側にはテーパ開口板６３８が配置されている。このテーパ開口板は、静電レンズのボア径と後述する偏向器６２０のボア径とを連続的に繋ぐためのものである。このため、テーパ開口の静電レンズ６１９側のボア径は静電レンズのボア径とほぼ等しくなっており、一方偏向器６２０側のボア径は偏向器６２０のボア径にほぼ等しくなっている。

［軸合せ用偏向器］
テーパ開口板６３８の下流側には軸合せ用偏向器６２０，６２１が配置されている。この軸合せ用偏向器６２０，６２１は、下流側に配置された軸上色収差補正レンズ６２２へ二次電子線を軸合わせするためのものである。

［軸上色収差補正レンズ］
軸上色収差補正レンズ６２２は、二次電子線に生じる軸上色収差を補正するためのものであり、ウィーンフィルタからなる。軸上色収差補正レンズ６２２には，図１８に示すような概ね扇形の電磁極が複数組設けられ、これらが組み合わされて軸上色収差補正レンズ６２２を構成するようになっている。本実施形態の軸上色収差補正レンズ６２２では、１２極の電磁極が設けられている。図１８では、３極の電磁極のみ示している。尚、この電磁極は、図２に示したものと同様の構造である。

［軸合せ偏向器］
軸上色収差補正レンズ６２２の下流側には、軸合せ偏向器６２３，６２４が配置されている。この軸合せ偏向器６２３，６２４は、二次電子線をレンズ６２５，６２６の光軸に合わせるためのものである。

［補助レンズ］
６２４の下流側に配置された補助レンズ６２６は、ＮＡ開口の像を後述する拡大レンズ６２５の主面で結像させるためのものである。

［拡大レンズ］
拡大レンズ６２５は、補助レンズ６２６の主面に結像された二次電子線像を、後述する拡大レンズ６２９の複数の補助レンズ６３０の何れかに結像させるためのものである。

［軸合せ偏向器］
レンズ６２５の下流側には、軸合せ偏向器６２７，６２８が配置されている。この軸合せ偏向器６２７，６２８は、二次電子線をレンズ６２９，６３０の光軸に合わせるためのものである。

［補助レンズ］
補助レンズ６３０は、様々な拡大率の像を形成するためのレンズであり、複数のレンズ群によって形成されている。具体的には、本実施形態の補助レンズは３つのレンズを有し、上流側のレンズは最終拡大率が小さい像を形成する場合に用いるものであり、下流側のレンズは最終拡大率が大きい像、すなわち試料表面での画素寸法が最小の像を形成する場合に用いるものである。

［拡大レンズ］
拡大レンズ６２９は、補助レンズ６３０によって形成された像を拡大して、二次電子線検出器６３２であるＭＣＰ上に拡大された二次電子像を形成するためのものである。

［偏向器］
拡大レンズ６２９の下流側に配置された偏向器６３１は、二次電子像をＭＣＰの所定の場所に結像させるための偏向器であり、静電偏向器を用いることにより、試料台の速度ムラ等で発生する位置誤差を動的に補正する機能を有する。

［二次電子線検出器］
偏向器６３１の下流側には二次電子線検出器６３２が設けられている。この二次電子線検出器６３２は、試料６１５から放出された二次電子線を検出して試料表面の状態を観察するためのものである。具体的には、複数の光ファイバが束ねられたＭＣＰ（マルチチャンネルプレート）である。

［作用］
次に、本実施形態に係る電子線装置ＥＢ８の作用について説明する。

電子銃６０１から放出された一次電子線は、コンデンサレンズ６０２で集束され、成形開口板６０３の長方形の成形開口を一様な強度で照射する。成形開口板６０３を通過した一次電子線は、成形レンズ６０４の手前の点６４０にクロスオーバを形成する。点６４０の位置は第２成形レンズ６０５の主面と共役な位置に相当している。成形開口板６０３の成形開口による一次電子線の像は、二段の成形レンズ６０４，６０５で縮小率が調整され、対物レンズを通じて試料６１５の表面に長方形の一次電子線像が形成される。

ビーム分離器６０８、６１１への入射角は、ランディングエネルギが高い場合は小さい角度（一次光学系の光軸１０に近い軌道）であり、ランディングエネルギが低い場合は大きな角度（実線９で示すような光軸６１０の外側からの軌道）を取るように、二段の偏向器６０６、６０７によって調整される。ここで、ランディングエネルギとは、試料に入射する時に電子線が持っているエネルギのことである。ランディングエネルギの高低によって電子線の曲がり方が異なるため、上記のような調整が可能となる。

偏向器６０７を通過した一次電子線はビーム分離器に入射して、試料６１５側に向けて偏向される。偏向された一次電子線は対物レンズで集束されて、試料６１５の表面に照射される。

試料６１５の照射領域から放出された二次電子線は対物レンズで集束されて平行ビームにされる。そして、ビーム分離器によって二次光学系側に偏向される。偏向された二次電子線はＮＡ開口板６１６のＮＡ開口で成形され、偏向器に入射される。偏向器に入射された二次電子線は偏向される。これらのビーム分離器と偏向器との間では二次電子線が平行ビームであるため、ビーム分離器と偏向器による偏向角の絶対値を等しく、偏向方向を逆とすれば偏向色収差が発生しない。しかし、これらのビーム分離器と偏向器との間で非点収差が生じるので、それぞれのコイル６０８及び６１７に非点補正用の電流を重畳するようにした。検出器側の偏向器６１７、６１８は静電レンズ６１９の下側電極の内径と等しい内径の金属筒の外側に設けることにより、静電レンズ６１９の下側電極の厚みを薄くできた。

二次電子線は、静電レンズ６１９によって軸上色収差補正レンズ６２２の物点にほぼ等倍の像を作る。この像が２倍以上の拡大像の場合は軸上色収差係数が１ｍを超えてしまう。軸上色収差補正レンズ６２２の寸法は軸上色収差係数の二乗に比例して大きくなるため巨大になる。一方、静電レンズ６１９の倍率が0.6倍以下で縮小像を形成する場合、軸上色収差係数、球面収差係数は小さくなるが、下流側の拡大光学系で拡大した像に発生する軸上色収差及び球面収差が共に大きい値になってしまう。これらの両収差を精密に補正しない場合には、大きいＮＡ値で使えない、すなわち二次電子線の検出効率が低下するという問題があり、この２段のレンズの倍率を0.6〜２倍にするのが適切である。

静電レンズ６１９と軸上色収差補正レンズ６２２との間には２段の軸合わせ偏向器６２０、６２１が必要であるが、この間の空間は狭い。このため、偏向器６２０を静電レンズ６１９のなるべく近くに設けたい。本実施形態では、テーパ状貫通穴が形成された筒６３８を入れ、静電レンズ６１９の内径と偏向器６２０の内径との繋ぎとした。これにより、静電レンズ６１９の軸上電界分布を偏向器６２０の手前で０にすることができる。

軸上色収差補正レンズ６２２の各電磁極に与える励起電圧及び励磁電流は以下のように定められる。すなわち、まず、ウィーン条件を満たすようにダイポール電界とダイポール磁界を作る励起電圧及び励磁電流を決定する。次に負の軸上色収差を発生させる４極子電界と４極子磁界とを与える励起電圧及び励磁電流を決定する。更に、負の球面収差を発生させる６極子磁界、電界を発生させる励起電圧及び励磁電流を決定し、これらの合計の励起電圧及び励磁電流を与えればよい。

軸上色収差補正レンズ６２２の像点を拡大レンズ６２５の補助レンズ６２６の主面に形成した。このとき、補助レンズ６２６での二次電子線像は軸上色収差が補正されている。すなわち、低いエネルギの二次電子も高いエネルギの二次電子も補助レンズ６２６の位置で二次電子像を結像する。そして、補助レンズ６２６の励起電圧はＮＡ開口板６１６の像が拡大レンズ６２５の主面に一致させることによって拡大レンズで発生する軸外収差を小さくした。拡大レンズ６２５は補助レンズ６２６の主面にできた２次電子像を最終拡大レンズ６２９の補助レンズ６３０のどれかに結像させ、その像を拡大レンズ６２９で（二次電子線検出器（ＭＣＰ）６３２に形成し、検出するようにした。ここで、補助レンズ６２６、６３０は、視野の端から主光線を拡大レンズ６２５、６２９のレンズ中心を通るようにレンズ作用をし、拡大レンズ６２５、６２９の光軸外の収差を低減する役割を有する。そして、偏向器６３１は２次電子像をＭＣＰの所定の場所に結像させるための偏向器であり、静電偏向器を用いることにより、試料台の速度ムラ等で発生する位置誤差をダイナミックに補正する機能も与えた。

［第９の実施形態］
図１９は本発明の第９の実施形態の電子線装置ＥＢ９である。電子銃６５１は先端曲率半径30μｍＲのＬａＢ６カソードを有している。電子銃６５１から放出された電子線は２段のコンデンサレンズ６５２、６５３で照射強度一様性が９０％以上の領域を調整して複数の開口６５４を９０％以上の照射強度一様性で照射する。開口６５４でマルチビームにされた一次電子線はＮＡ開口板６５６で収差を調整され、縮小レンズ６５７と対物レンズ６６２とで縮小され試料６６５に複数の電子線を形成する。これら２段のレンズの間には軸上色収差補正レンズ６５８を設け、通常50ｍｒａｄ程度のＮＡで動作させる対物レンズで100ｍｒａｄと２倍程度のＮＡで動作可能にした。静電偏向器６６０ではビーム分離器６６１で発生する偏向収差を補正して、しかも試料６６５に垂直に配置した一次電子線をビーム分離器６６１と共同して、再び試料６６５に垂直に入射させる。試料６６５上の走査は偏向器６５９と６６３で行ない、偏向によるコマ収差や偏向色収差が小さくなる偏向支点６９１（図２０（Ｂ）参照）をシュミレーションで算出した。対物レンズ６６２は磁気ギャップ６６６が試料６６５側にあり、軸対称電極６６４を設け、球面収差が小さくなる条件とした。また対物レンズ６６２は内部にビーム分離器用電磁偏向器や真空シール用部材６６７や２段目の走査偏向器６６３や軸対称電極６６４を設けられるようボーア径を15ｍｎＲと大きくした。特にコイル６６１は大気側で、静電偏向器６６３、軸対称電極６６４は真空側に設けるにはこのレンズのボーア径は大きくする必要がある。符号６６８は真空シール用Ｏリングであり、コイル６６１は２分割して横から嵌め込むようにした。試料６６５の走査点から放出された２次電子はビーム分離器６６１で図１９において左側へ偏向される。最初の２次電子像は試料から30ｍｍの位置にでき、磁気レンズ６７０で集束され、縮小像を収差補正レンズ６７１の物点に縮小像を作る。この縮小像での軸上色収差係数を100ｍｍ以下、球面収差係数も100ｍｍ以下にした結果、軸上色収差、球面収差の両方を補正するウィーンフィルタを小寸法にできた。二次電子像は拡大レンズ６７２、６７３で２次電子線検出器６７４に必要な拡大率の像を作った。

収差補正レンズ６５８、６７１の断面形状を図１８に１／４だけ示した。電極兼磁極６８３は断面がＴ字型であり、光軸に近側は放射状であり、コイルが巻かれる部分はほぼ同じ厚みで、コア６８１にネジ（６８４）締めされる部分は厚いＴ型となっている。但し６８５、６８６に示したように磁束が漏れないよう、エッジやコーナの直角部は無くすようにした。絶縁スペーサは薄い厚みとしたが電極からコア迄の沿面距離が長くなるよう、Ｔ字型の電磁極から嵌み出す寸法とした。電極に与える電圧は締付ネジの一つにラグ６８９を入れ、リード線６９０をラグに圧接した。ネジとコアの絶縁はスペーサ６８８で行った。カバー６８７は各電極と同じ電位の板で行い、コイル６８６との間で放電が生じないよう、コイル６８６の回りは絶縁物で囲った。

動作ＮＡ開口が100ｍｒａｄと大きいので、１μｍの試料面上下動があると100ｎｍものボケが生じるので、試料の評価に先立って試料高さを高精度で測定し、フォーカスをダイナミックに調整しながら評価を行なった。試料の高さを測定する原理を図２０に示す。図２０（Ａ）において、通常の走査は点６９１を偏向支点として走査が行われる。試料面高さを測定する時は偏向支点を点６９２あるいはそれより下へ移動させる。これは偏向器６５９と６６３の偏向比を変え、この場合は偏向器６６３に与える電圧を順次小さくすることによって偏向支点を下げられる。試料面で幅が２種類のパターン６９３（図２０（Ｂ）参照）があるのを探し、その位置でｄを少しずつ小さくしてこのパターンを走査する。ｄが正の時は図２０（Ｃ）の符号６９４に示したように、最初に幅広、次に幅狭の像あるいは強度分布が得られる。ｄを小さくするとＬがどんどん大きくなり、ｄが０だと∞即ち像は消失する。さらにｄを小さく（負の値）にすると、最初Ｌの大きい象が得られ、前後が反転したパターン６９５が現れる。Ｌ′がＬとほぼ等しいｄ１の値とｄ２の中間が試料面といえる。

試料面位置（ｄ１＋ｄ２）／２と合焦条件との関係を予め調べておき、試料面全面の高さを測り、それに対応する合焦条件をテーブルにしておけば、パターン評価を行なう時、そのテーブルから合掌条件を読み出せる。合焦条件を短時間に調整するには、８極の静電偏向器の全電極に同じ電圧を重畳することで合焦条件を合わせることができる。レンズ条件を強くするには上記電圧を低くし、レンズ条件を弱くするには電圧を高くすればよい。

図２１は空間電荷制限条件で動作するＬａＢ６カソード電子銃から放出された電子線から４行４列のマルチビームを作り、線幅測定を行った例を示す。ラスターピッチをピクセル寸法のｎ倍にすると無駄なく操作が行なえる。Ｍ行Ｎ列のビームの場合はχ軸に近い方向のビーム数をＮとするとχ軸に対してマルチビームを回転させる角度θはθ＝Ｓｉｎ^―１（１／Ｎ）とすると全てのラスター間隔が等間隔となる。ビーム間間隔Ｄは図２１（Ａ）から明らかなようにＤ＝Ｎｄとなる。

Ｍ行Ｎ列のビームでｙ軸に平行なパターン１０１を走査した時、図２１（Ｂ）の符号６１０２の信号波形が各ビームからの検出器から得られる。これらの信号から線の像を得るには、各信号をｙ方向にｄずつずらし、χ方向にＤＳｉｎθずつずらせば図２１（Ａ）の線６１０１の２次元像を得られる。線幅を求めるには、信号波形をＤＳｉｎθ、２ＤＳｉｎθ、・・・（ＭＤ）Ｓｉｎθだけずらした信号波形を全て加算し、Ｓ／Ｎ比を良くして、例えば信号振幅の５０％のスレッショールドを超える寸法を線幅とする。

パターンがレジストパターンの場合、１μｃ／ｃｍ^２以上のドーズを与えるとレジストパターンが変質する恐れがある。電子銃を空間電荷制限条件で使用するとピクセル当たりの二次電子数を４０５０／１６＝２５３個／ｐｉｘにすることができる。ピクセル寸法をε（ｎｍ）とすると２５３個／ＳｉｎでのドーズＱ（クーロン／ｃｍ^２）は

ε＝１０ｎｍでは

１μｃ／ｃｍ^２以下にするには場所を変えて４０回走査し、加算処理すればよい。

例えば、半導体ウェハの検査などに用いる電子線装置に利用できる。

本発明の第１の実施形態に係る電子線装置の概略図を示す。 図１に開示した電子線装置で用いる軸上色収差補正レンズを構成する電磁極を示す平面図である。 図１に開示した電子線装置で用いる電磁偏向器を示す図であり、図３（Ａ）は正面図、図３（Ｂ）は側面図、図３（Ｃ）は平面図である。 本発明の第２の実施形態に係る電子線装置の概略図を示す。 本発明の第３実施の形態に係る電子線装置の概略図である。 図１に開示した電子線装置によってクロスオーバが光軸方向にずれること示す説明図である。 図６に開示したようにクロスオーバをずらすためのコンデンサレンズの構造を示す断面図である。 試料の表面における一次電子線の理想的な配置を示す図である。 図１に開示した電子線装置を用いて図８に示す一次電子線の配置を実現するためのマルチ開口板の開口配置を説明する図である。 本発明の第４の実施形態に係る電子線装置を示す概略図であり、図１０（Ａ）は全体概要を示し、図１０（Ｂ）はウィンフィルタを薄肉レンズで近似した場合を説明する図である。 本発明の第５実施形態に係る電子線装置を示す概略図である。 本発明の第6の実施形態に係る電子線装置の概略図である。 本発明の第７の実施形態に係る電子線装置の概略図である。 試料上における電子線の配置の例を示す説明図である。 検出器に使用される光ファイバの加工状態を説明する図であり、図１５（Ａ）は正面図、図１５（Ｂ）は側面図、図１５（Ｃ）は底面図である。 図１５に開示した光ファイバを複数本束ねて接合して検出面を形成した状態を示す斜視図である。 本発明の第８の実施形態に係る電子線装置の概略図である。 図１７に開示された軸上色収差補正レンズの構造を示す部分概略図である。 本発明の第９の実施形態に係る電子線装置の概略図である。 試料面高さを測定する方法を説明する説明図である。 複数の電子線で線幅測定を行なう方法を説明する説明図である。

符号の説明

ＥＢ１ 電子線装置
１ 電子銃
２ マルチ開口板
３、４ 縮小レンズ
５，６ 軸上色収差補正レンズ
７ ビーム分離器８用の補助偏向器兼第１走査偏向器
８ ビーム分離器
９ 対物レンズ
１０ 試料
１１ 電磁偏向器
１１ａ 磁気コイル
１１ｂ 磁気回路
Ｇ 磁気ギャップ
１２ 二次光学系レンズ
１３ 拡大レンズ
１４ 二次電子線検出器
１５ 円筒形状コア
１６ 絶縁スペーサ
１７ 固定ネジ
１８ 第３電磁極部（電磁極のコアへの固定部）
１９ 第１電磁極部（電磁極の放射上面（即ち、延長すると光軸を含む面））
２０ 第２電磁極部（厚みがほぼ一定の面）
２１ パーマロイパイプ
２０１ 電子銃
２０２，２０３ コンデンサレンズ
２０４ マルチ開口板
２０６ 縮小レンズ
２０８ 静電偏向器
２０９ ビーム分離器
２１０ 静電偏向器
２１２ 対物レンズ
２１３ 試料
２１１ 軸対称電極
２０９，２１４ 電磁偏向器
２２５ 静電レンズ
２１５ 電磁偏向器
２１６ 回転レンズ
２１８ 二次電子線検出器
３０１ 電子銃
３２５ コンデンサレンズ
３０２ マルチ開口板
３０３，３０４ 縮小レンズ
３０９，３１０，３２６ 縮小像
３０５ クロスオーバ制御用補助レンズ
３０６，３０７ 軸合せ偏向器
３０８ 軸上色収差補正レンズ
３１１ クロスオーバ制御レンズ
３１２ 静電偏向器
３１３ ビーム分離器
３１４ 走査用第２偏向器
３１５ 対物レンズ
３１６ 試料
３１７ 偏向器
３１８，３１９ 拡大レンズ
３２０ 二次電子線検出器
３３２ ＣｅＢ６カソード
３３１ 電子銃
３３３ コンデンサレンズ
３３４ 成形開口
３３５，３２６ ズームレンズ
３３７ 偏向器
３３８ 対物レンズ
３３９ 試料
３４０ 第２対物レンズ、
３４１ ＮＡ開口像制御用補助レンズ、
３５２ ＮＡ開口板、
３５３ ＳＥ像
３５５ ＮＡ開口像
３４２，３４３ ウィーンフィルタ
３４４ ＳＥ像の結像線
３４５ ＮＡ開口像の結像線
３４６，３４７ ＳＥ像
３５４ ＮＡ開口像制御用補助レンズ
３４８，３４９ 拡大レンズ
３５０ 一次元又は二次元の二次電子線検出器
３５１ 倍率可変のＮＡ開口像制御用補助レンズ
４０１ 電子銃
４０２、４０３ コンデンサレンズ
４０４ マルチ開口板
４０５ 回転レンズ
４０６ 軸上色収差補正レンズ
４０７ 縮小像形成点
４０８ 軸上色収差補正レンズの像点
４０９ 静電偏向器
４１０ ビーム分離器
４１１ 対物レンズ
４１２ 試料
４１３ 電磁偏向器
４１４ 静電レンズ
４１５ 電磁偏向器
４１６ 拡大像形成点
４１７ 収差補正レンズ
４１８ 等倍像形成点
４１９ 拡大レンズ
４２０ 二次電子線検出器
４２１ 光軸
４２２ 電磁極
４２３ 励磁コイル
４２４ 金属カバー
４２５ ネジ
４２６ ネジ
４２７ 絶縁スペーサ
４２８ 軸上色収差補正レンズ６の中間点
４２９ 結像条件を示す軌道
４３０ 収差補正レンズ１７の中間点
４３１ 結像条件を示す軌道
４３２ 外筒
４３３ 走査用偏向器
５０１ 電子銃
５０２，５０３ コンデンサレンズ
５０４ マルチ開口板
５０５ 回転レンズ
５２１ ＮＡ開口板
５０６ 縮小レンズ
５０７ 静電偏向器
５０８ 電磁偏向器からなるビーム分離器
５０９ 対物レンズ
５１０ 軸対称電極
５０９ 対物レンズ
５１１ 試料
５０９ 対物レンズ
５０８ ビーム分離器
５１２ 電磁偏向器
５１３ 静電レンズ
５１５ 電磁偏向器
５１６ 回転可能レンズ
５１８ 二次電子線検出器
６０１ 電子銃
６０２ コンデンサレンズ
６０３ 成形開口板
６０４，６０５ 成形レンズ
６０６，６０７ 偏向器
６０８，６１１ ビーム分離器
６１２，６１３，６１４ 電極
６１５ 試料
６１６ ＮＡ開口
６１７，６１８ 偏向器
６１９ 静電レンズ
６２０，６２１ 偏向器
６２２ 軸上色収差補正レンズ
６２３，６２４ 軸合せ偏向器
６２５ 拡大レンズ
６２６ 補助レンズ
６２７，６２８ 軸合せ偏向器
６２９ レンズ
６３０ 補助レンズ
６３１ 偏向器
６３２ 二次電子線検出器
６３３ 金属円筒
６３８ テーパ穴付き筒

Claims (6)

1. 光軸に沿って配置される軸上色収差補正レンズと対物レンズとを備えた収差補正レンズ機構において、
   前記対物レンズの像点若しくは物点の位置と前記軸上色収差補正レンズの物点若しくは像点の位置とが一致するように両レンズを配置し、前記軸上色収差補正レンズの像点及び物点に主面が位置する第１及び第２の補助レンズを更に備えることを特徴とする収差補正レンズ機構。
2. ウィーンフィルタを用いて軸上色収差又は球面収差を補正する収差補正レンズ機構において、
   前記ウィーンフィルタの物点−像点間距離をこのウィーンフィルタの光軸方向の両端面間距離より長くし、クロスオーバ像を前記ウィーンフィルタの中間面から光軸方向の等しい距離の２個所に形成し、当該クロスオーバ位置の制御は前記ウィーンフィルタの物点に設けた補助レンズで設定することを特徴とする収差補正レンズ機構。
3. 収差補正レンズの像点の位置と対物レンズの物点の位置とが相互に一致するように前記両レンズ配置された収差補正レンズ機構によって複数の一次電子線を用いてパターン評価を行う方法であって、
   前記一次電子線を複数の開口に照射して複数の一次電子線を生成するステップと、
   前記一次電子線を集束させて収差補正レンズの物点に複数の開口像を形成するステップと、
   前記収差補正レンズの物点に設けた第１補助レンズにより前記収差補正レンズの中間面に関して等しい距離の位置に第１及び第２クロスオーバ像を形成するステップと、
   前記対物レンズで前記複数の一次電子線を試料面に合焦させ且つ走査するステップと、
   前記試料の表面から放出される複数の二次電子線をビーム分離器で二次光学系の方向へ偏向するステップと、
   偏向された複数の前記二次電子線の相互間隔を拡大するステップと、
   相互間隔が拡大された前記各二次電子線を検出するステップと、
   を含むことを特徴とするパターン評価方法。
4. 試料面上の微細パターンを評価する方法であって、
   多極子レンズに接続する電源の変動に基づいて生じる多極子レンズによるボケを算出するステップと、
   前記料面上での画素寸法を決定するステップと、
   算出された前記多極子レンズによるボケの値と画素寸法の値との比率を算出するステップと、
   前記多極子レンズの像面から試料面までの光学系の倍率を上記比率より大きくするステップとを含む微細パターン評価方法。
5. 請求項４に記載の微細パターン評価方法において、
   上記多極子レンズはウィーンフィルタであり、このウィーンフィルタの光軸方向寸法は物点から像点迄の距離の１／２以下であることを特徴とする微細パターン評価方法。
6. 請求項４に記載の微細パターン評価方法において、上記光学系の倍率は１／５倍以下であることを特徴とする微細パターン評価方法。

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