KR101759186B1

KR101759186B1 - 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR101759186B1
Application number: KR1020147031484A
Authority: KR
Inventors: 히로시 마키노; 히데유키 가즈미; 미노루 야마자키; 유즈루 미즈하라; 미키 이사와
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2012-06-28
Filing date: 2013-06-10
Publication date: 2017-07-18
Also published as: JP2014010928A; US20150357153A1; US9627171B2; KR20150001809A; WO2014002734A1; JP6002470B2

Abstract

본 발명은, 높은 애스펙트의 구조물의 저부로부터 방출되는 하전 입자에 의거한 정보를 보다 현재화시키는 하전 입자선 장치의 제공을 목적으로 한다. 상기 목적을 달성하기 위하여, 시료로부터 방출된 하전 입자를 편향시키는 제1 직교 전자계 발생기와, 당해 제1 직교 전자계 발생기에 의하여 편향된 상기 하전 입자를 더 편향시키는 제2 직교 전자계 발생기와, 하전 입자 빔의 통과 개구를 갖는 개구 형성 부재와, 당해 개구 형성 부재를 통과한 상기 하전 입자를 편향시키는 제3 직교 전자계 발생기를 구비한 하전 입자선 장치를 제안한다.

Description

하전 입자선 장치{CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}

본 발명은, 반도체 디바이스나 액정 등의 미세한 대상물의 관찰, 측정, 검사 등을 행하는 하전 입자선 장치에 관한 것이며, 특히 깊은 홈이나 깊은 구멍과 같은 높은 애스펙트 구조의 관찰, 측정, 검사 등에 적합한 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

반도체 장치의 제조 라인에서는 회로 패턴의 치수 관리가 수율 향상, 품질 관리에 불가결한 기술로서 자리매김되어 있다. 이 치수 관리에는, 하전 입자선 장치의 일 태양으로서 높은 공간 분해능을 실현하는 전자 현미경을 응용한 CD-SEM(Critical-Dimension Scanning Electron Microscopy)이 사용된다. CD-SEM은 낮은 에너지의 전자선에 의해 높은 공간 분해능을 실현하며, 회로 패턴의 가로 방향(회로 패턴의 면 내 방향)의 치수를 ㎚ 이하의 정밀도로 계측할 수 있다.

특허문헌 1에는, 전자원(電子源)으로부터 방출되는 전자빔을 편향시키지 않고, 시료로부터 방출되는 전자를 전자빔의 축 밖으로 편향시키는 직교 전자계(電磁界) 발생기(이하, ExB 편향기나 ExB형 필터로 칭하는 경우가 있음)가 개시되어 있다. 특허문헌 1에는 ExB 편향기에 의하여 발생하는 수차(收差)를 상쇄하기 위한 다른 하나의 ExB 편향기를 더 설치하는 것이 설명되어 있다. 또한, 특허문헌 2에는 빔을 편향시켰을 때에 발생하는 수차를 ExB 편향기를 사용하여 상쇄하는 주사 전자 현미경이 개시되어 있다. 특허문헌 3에는, 위치 감도 검출기를 신호 전자의 상면(像面)에 배치함으로써, 신호 전자를 가시화(화상화)하며, 또한 위치 감도 검출기를 신호 전자의 회절면에 배치함으로써 얻어지는 방향 정보를 화상에 반영시키는 것이 설명되어 있다.

일본국 특허 제2821153호 공보 일본국 특허 제3932894호 공보(대응 미국 특허 USP 6,864,482) 일본국 특개2004-134387호 공보(대응 미국 특허 USP 7,105,814)

작금의 반도체 디바이스 등의 가일층의 미세화에 수반하여, 주사 전자 현미경 등의 관찰, 측정, 검사 대상으로 되는 구조물의 애스펙트비(구조물의 깊이/구조물의 폭)가 보다 커져 가고 있다. 구조물의 저부(底部)로부터 방출되는 전자는, 저부의 정보를 알아냄에 있어서 매우 중요한 것이지만, 저부로부터 방출된 전자(2차 전자 등) 중에는 구조물의 측벽에 충돌하여, 시료 표면까지 올라오지 못하는 것이 있다. 더욱 높은 분해능이 요구되는 전자 현미경에서는 대물 렌즈의 초점 거리를 극히 단초점화(短焦點化)할 필요가 있지만, 시료로부터 방출되는 전자를 보다 크게 굴곡시켜 버리게 된다. 또한, 전자빔의 주사 영역(시야(Field Of View : FOV))를 편향기에 의한 편향에 의하여 이동시킴으로써, 시야 이동의 고속화를 실현하는 빔 시프트를 행할 경우, 빔의 이상(理想) 광축(빔을 편향시키지 않은 경우의 빔 궤도)으로부터 이간한 위치에 빔을 조사하게 되기 때문에, 대물 렌즈의 집속 작용은 시료로부터 방출되는 2차 전자 등을 편향시키도록 작용하게 된다.

높은 애스펙트의 구조물의 저부로부터 방출되는 전자에 의거한 시료 정보를 현재화(顯在化)하기 위해서는, 상기와 같은 편향 작용을 고려하면서, 이상 광축과의 상대각이 좁은 방향으로 방출되는 전자를 선택적으로 검출하는 것이 바람직하지만, 특허문헌 1 내지 3에는 그러한 전자를 선택적으로 검출하는 방법에 대한 아무런 개시가 없다.

이하에, 전술과 같은 편향 작용에 상관없이, 높은 애스펙트의 구조물의 저부로부터 방출되는 하전 입자에 의거한 정보를 보다 현재화하는 것을 목적으로 하는 하전 입자선 장치를 제안한다.

상기 목적을 달성하기 위한 일 태양으로서, 이하에 하전 입자원(粒子源)으로부터 방출되는 하전 입자 빔을 편향시키는 편향기와, 상기 하전 입자 빔의 주사에 의하여 얻어지는 하전 입자를 검출하는 검출기를 구비한 하전 입자선 장치로서, 시료로부터 방출된 하전 입자를 편향시키는 제1 직교 전자계 발생기와, 당해 제1 직교 전자계 발생기에 의하여 편향된 상기 하전 입자를 더 편향시키는 제2 직교 전자계 발생기와, 상기 하전 입자 빔의 통과 개구를 갖는 개구 형성 부재와, 당해 개구 형성 부재를 통과한 상기 하전 입자를 편향시키는 제3 직교 전자계 발생기를 구비한 하전 입자선 장치를 제안한다.

추가로, 다른 태양으로서 제3 직교 전자계 발생기보다 상기 하전 입자원측에 수차 보정기(예를 들면 제4 직교 전자계 발생기)를 구비한 하전 입자선 장치를 제안한다.

상기 구성에 따르면, 대물 렌즈 등의 편향 작용 등에 상관없이, 높은 애스펙트 구조물의 저부로부터 방출되는 정보를 현재화하는 것이 가능해진다.

도 1은 주사 전자 현미경의 개략 구성도.
도 2는 시료로부터 방출된 전자 중, 높은 앵글의 전자를 선택적으로 검출하는 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면.
도 3은 ExB형 필터(직교 전자계 발생기)에 의한 전자의 편향 궤도의 일례를 나타내는 도면.
도 4는 수차 보정기의 일례를 나타내는 도면.
도 5는 수차 보정기의 일례를 나타내는 도면.
도 6은 수차 보정용 ExB형 필터의 일례를 나타내는 도면.
도 7은 수차 보정용 ExB형 필터의 일례를 나타내는 도면.
도 8은 낮은 앵글 전자의 상측 검출기에의 도달을 제한하기 위한 차폐재로서, 하측 검출기를 채용한 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면.
도 9는 시료 표면으로부터 방출되는 전자와, 홀 바닥으로부터 방출되는 전자의 궤도를 나타내는 도면.

최근, 반도체 디바이스의 구조는, 한층 더 고집적화를 실현하기 위해, 플레너 구조에 부가하여 Fin-FET로 대표되는 3차원 구조가 적용되고 있다. 고집적화된 디바이스의 회로 패턴은 수 10㎚까지 미세화되어, 그 애스펙트비는 최근 비약적으로 심화되고 있다.

예를 들면, Flash 메모리의 게이트에서는 애스펙트비가 10 이상, 컨택트 홀에서는 애스펙트비가 30 이상인 회로 패턴이 가공되어 있다. 지금까지, 반도체의 제조 라인에서는, 프로세스의 상태를 관리하기 위해, ㎚ 이하의 정밀도로 패턴의 치수를 계측할 수 있는 CD-SEM(Critical Dimension Scanning Electron Microscopy)이 사용되어 왔다. 그러나, 패턴의 고(高)애스펙트화에 수반하여, 패턴 저부에 대해서도 높은 정밀도의 계측이 요구되어, 비파괴로 어떻게 해서 높은 정밀도의 계측을 실현할지가 큰 과제로 되어 있다.

이하에 설명하는 실시예에서는, 첫째로 높은 애스펙트의 구조물의 저부로부터 방출되는 전자에 의거한 정보를 현재화하는 하전 입자선 장치에 대하여 설명한다. 또한, CD-SEM에서는 저가속으로 높은 공간 분해능을 실현하기 위해, 시료 바로 위에서 전자선을 감속시키는 리터딩과, 수차가 작은 단초점의 대물 렌즈가 불가결하다. 또한, 리터딩에 의해 가속된 신호 전자를 효율적으로 검출하기 위해 ExB형 필터를 사용하는 것이 바람직하다. ExB형 필터란, 예를 들면 2차 전자에 대한 편향 전계를 발생시키는 전극과, 당해 전계에 직교하는 자계를 발생시키는 자극(磁極)을 지닌 직교 전자계 발생기이며, 발생시키는 자계에 의하여 전자빔을 2차 전자의 편향 방향과 반대의 방향으로 편향시킬 수 있기 때문에, 2차 전자의 편향 작용을 유지하면서, 편향 전계의 전자빔에 대한 편향 작용을 상쇄할 수 있다.

ExB형 필터는, 저가속으로 높은 공간 분해능을 실현하기 위하여 극히 유효한 기술이다. 단, 시료로부터 방출된 신호 전자를 검출기가 일괄적으로 포착하기 때문에, 화상의 콘트라스트는 가속 전압에 의해 일의적으로 결정되게 된다.

한편, 전자 현미경의 상면 관찰 화상으로부터 시료의 3차원 정보를 반영시키기 위하여, 지금까지 신호 전자의 방출 각도를 선택해서 검출하는 기술이 있다. 그러나, 신호 전자의 방출 각도나 에너지의 정보를 유지한 채로 신호 전자를 검출할 필요가 있어, 어떻게 해서 신호 전자를 높은 정밀도로 분리할지가 중요해진다. 신호 전자를 분리하는데에는 앞서 나타낸 ExB형 필터가 유효하지만, 필터를 동작시킴으로써 발생하는 신호 전자의 에너지 분산을 억제하거나, 출사 위치가 다른 신호 전자를 일정의 입사 각도로 검출기에 유도하기 위해서는, ExB형 필터를 복수 단 설치할 필요가 있다.

앞으로, 높은 애스펙트비를 갖는 미세한 회로 패턴을 계측하기 위해서는, 높은 공간 분해능에 부가하여, 자유도가 높으며 또한 높은 정밀도로 신호 전자를 변별하는 기술이 불가결하다. 그러나, 높은 공간 분해능을 목적으로 대물 렌즈를 단초점화하면, 신호 전자에 대하여 대물 렌즈가 확대 렌즈로서 작용하기 때문에, 신호 전자가 크게 발산해서 검출기에 도달하여 ExB형 필터를 강하게 동작시킬 필요가 있다. 한편, 신호 전자의 변별을 목적으로 강하게 ExB형 필터를 동작시키면, 수차의 영향에 의해 높은 공간 분해능을 유지하는 것이 어려워진다.

이하에 설명하는 실시예에서는 둘째로, 높은 공간 분해능과, 자유도가 높고 높은 정밀도의 신호 변별을 양립함으로써, 높은 애스펙트비를 갖는 미세한 회로 패턴 등을 관찰, 측정, 검사할 수 있는 주사 전자 현미경에 대하여 설명한다.

높은 애스펙트의 구조물의 저부로부터 방출되는 전자에 의거한 정보를 현재화하기 위해서는, 방출 방향의 이상 광축과의 상대각이 작은 전자(높은 앵글 전자)를 선택적으로 검출할 필요가 있다. 도 9에 예시하는 바와 같이, 높은 애스펙트의 구조물(홀(905))의 저부(906)로부터 방출되는 전자 중, 높은 앵글 전자(901)는 시료 표면으로 탈출할 수 있다. 반대로 상대각이 큰 낮은 앵글 전자(902)는 구조물의 측벽에 충돌하게 된다. 이렇게 전자(901)는 검출할 수 있지만, 전자(902)를 검출하는 것은 곤란하다. 한편, 구조물 표면(907)으로부터 방출되는 전자(903, 904)는 상대각의 대소에 상관없이 고효율로 검출할 수 있다. 즉, 구조물의 저부는, 전자(902)를 검출할 수 없는 만큼 검출 효율이 떨어지고, 결과적으로 시료 표면과 비교하면 저부가 어두운 화상이 형성되게 된다.

한편, 높은 앵글 전자를 선택적으로 검출할 수 있으면, 저부와 시료 표면의 검출 효율의 차가 억제되는 만큼 저부의 정보를 보다 현재화하는 것이 가능해진다. 그래서 높은 앵글의 전자를 선택적으로 통과시키고, 낮은 앵글의 전자를 차단할 수 있는 부재가 있으면, 상기 목적을 달성할 수 있다.

그 때문에 이하의 실시예에서는, 시료로부터 방출된 하전 입자를 편향시키는 제1 직교 전자계 발생기와, 당해 제1 직교 전자계 발생기에 의하여 편향된 상기 하전 입자를 더 편향시키는 제2 직교 전자계 발생기와, 상기 하전 입자 빔의 통과 개구를 갖는 개구 형성 부재와, 당해 개구 형성 부재를 통과한 상기 하전 입자를 편향시키는 제3 직교 전자계 발생기를 구비한 하전 입자선 장치에 대하여 설명한다.

이상 광축과 시료면의 교점 이외로부터 방출되는 전자는, 렌즈의 편향 작용에 의하여 축 밖으로 편향되게 된다. 제1 직교 전자계 발생기에 의하여, 당해 하전 입자를 이상 광축을 향하여 편향시킴과 함께, 제1 직교 전자계 발생기보다 하전 입자원측에 배치되는 제2 직교 전자계 발생기에 의하여, 제1 직교 전자계 발생기에 의하여 편향된 하전 입자의 궤도가 이상 광축에 평행해지도록 편향시킨다. 또한 제2 직교 전자계 발생기보다 하전 입자원측에 배치된 개구부 형성 부재는, 하전 입자 빔의 통과 개구를 구비하고 있기 때문에, 제2 직교 전자계 발생기에 의하여 편향되고, 이상 광축을 따라 이동하는 하전 입자 중, 높은 앵글의 하전 입자가 선택적으로 상기 통과 개구를 통과하게 된다. 즉, 도 9에 예시한 높은 앵글 전자(901, 903)가 선택적으로 통과하게 되기 때문에, 상대적으로 저부가 밝은 화상을 형성하는 것이 가능해진다.

일단, 각도 변별을 위하여 이상 광축을 따르도록 하전 입자를 편향시키는 것에 의해, 이번에는 빔을 통과시키기 위하여 설치된 검출기나 변환판에 설치된 개구를 빠져나가 버리게 되기 때문에, 각도 변별 후에는 제3 직교 전자계 발생기에 의하여, 개구부 형성 부재를 통과한 하전 입자를 검출기의 검출면, 혹은 변환판을 향하여 편향시킴으로써, 각도 변별에 의하여 선택된 높은 앵글의 하전 입자를 고효율로 검출하는 것이 가능해진다.

추가로, 제3 직교 전자계 발생기보다 상기 하전 입자원측에 수차 보정기(예를 들면 제4 직교 전자계 발생기)를 구비함으로써, 제3 직교 전자계 발생기를 포함하는 복수의 직교 전자계 발생기에 의해 발생하는 수차를 캔슬하는 것이 가능해진다.

이상과 같이 4단의 직교 전자계 발생기를 설치하여, 하단의 2단의 직교 전자계 발생기에 하전 입자의 각도 변별을 위한 궤도 편향을 실행시키고, 상단의 2단의 직교 전자계 발생기에 하전 입자 검출을 위한 편향과, 하단의 직교 전자계 발생기에 의하여 발생하는 수차의 캔슬을 실행시키는 구성은, 빔의 조사 위치에 상관없이, 홀 바닥으로부터 방출된 하전 입자에 의거한 정보의 현재화와, 장치의 높은 분해능화의 양립을 실현하는 것이 가능해진다.

이하에 설명하는 실시예에서는, 주로 전자빔의 시료에의 조사에 의하여 얻어지는 전자를 검출하는 검출기와, 당해 검출기와 편향기 사이에 배치되며, 상기 전자빔의 통과 개구를 갖는 개구 형성 부재와, 상기 시료로부터 방출된 전자를 편향시키는 2차 신호 편향기를 구비한 주사 전자 현미경에 있어서, 상기 2차 신호 편향기가 발생시키는 수차를, 상기 검출기보다 전자원측에 배치한 1개의 ExB형 필터에 의해 보정하는 기능을 구비한 주사 전자 현미경에 대하여 설명한다. 상기 구성으로 함으로써, 높은 애스펙트 구조의 바닥을 높은 정밀도로 계측하는 것이 가능해진다.

높은 공간 분해능에 부가하여, 자유도가 높으며 또한 높은 정밀도로 신호 전자를 변별하기 위해, 1차 전자선의 광축에는 작용하지 않고, 신호 전자의 궤도만을 제어하는 ExB형 필터를 복수 배치하고, 그 ExB형 필터들이 발생시키는 수차를 검출기 상에 배치한 1개의 ExB형 필터에 의해 제거한다. 이렇게, 검출기 상에 배치한 1개의 ExB형 필터에 의해 수차를 제거함으로써, 대폭적인 스페이스 삭감을 할 수 있는 것 이외에도, 수차를 제거하는 ExB는 신호 전자를 편향시킬 필요가 없기 때문에, 수차 제거에 특화된 구조를 채용할 수 있다.

본 실시예에서는 주로, 신호 전자의 궤도를 ExB형 필터에 의해 제어하여 신호 전자 제한판을 통과시킬 때, ExB형 필터가 발생시키는 수차를 검출기 상에 배치한 1개의 ExB형 필터에 의해 제거하는 예에 대하여 설명한다. 최초에 구성 및 원리를 나타낸다.

도 1은 SEM식 반도체 계측 장치의 개략 구성도이다. 이하, 본 실시예의 SEM식 반도체 계측 장치의 기본적인 구성에 대하여 설명한다. 계측 장치는, 크게 나눠서 SEM 하우징체(1), 시료실(2), 하우징체 제어부(3), 신호 처리부(4), 스테이지 제어부(5), 웨이퍼 반송부(8), 진공 배기부(9)로 구성되며, 이들 전부를 콘솔(6)에 의해 제어할 수 있도록 구성되어 있다. 콘솔(6)은 레시피나 계측 결과, 취득한 주사상(走査像)을 기억할 수 있는 대용량의 스토리지 매체(7)를 지니며, 이 스토리지 매체(7)에 기록된 데이터를 기초로 장치의 동작이나 데이터의 관리를 행한다. 여기에서 SEM 하우징체(1), 시료실(2)은 진공 배기부(9)에 포함되는 배기 펌프에 의해 진공이 유지되어 있으며, 목적에 따라서 콘솔(6)에서 진공 배기부(9)를 제어하여, SEM 하우징체(1) 및 시료실(2), 시료 준비실(10)의 배기나 리크(leak)를 할 수 있다. 이하, 각 부위에 관하여 구성과 그 부위가 수행하는 기능에 대하여 순서에 따라 설명한다.

(SEM 하우징체(1))

SEM 하우징체(1)는, 전자원(11), 인출 전극(12), 애노드 전극(13), 콘덴서 렌즈(14), ExB형 필터a(15), 변환판(16), 검출기a(17), ExB형 필터b(18), 신호 전자 제한판(19), 검출기b(20), ExB형 필터c(21), ExB형 필터d(22), 편향기(23), 대물 렌즈(24), 높이 센서(25)로 구성된다. SEM 하우징체(1)에서는, 전자원(11)과 인출 전극(12) 사이의 전위차에 의해 1차 전자선을 끌어낸다. 1차 전자선은, 변환판(16) 및 신호 전자 제한판(19)의 중앙에 설치된 구멍을 통과하도록 콘덴서 렌즈(14)에 의해 수속(收束)된다.

그 후, 1차 전자선은 시료(26) 상의 원하는 영역을 2차원적으로 주사하도록 편향기(23)에 의해 궤도가 바뀌고 나서 대물 렌즈(24)에 의해 시료(26) 상에 수속하여 조사된다. 여기에서, 시료실(2)에 설치된 시료(26)에는, 하우징체 제어부(3) 내의 리터딩 전원으로부터 1차 전자선을 감속시키는 전압이 인가되어 있다. 시료(26)로부터 방출된 신호 전자는 시료(26)에 인가된 전압에 따른 에너지까지 가속되고, 대물 렌즈(24), 편향기(23)를 통과하여, 신호 전자 제한판(19), 및 변환판(16)에 충돌하고 나서, 검출기b(20) 및 검출기a(17)에 의해 포착된다. 상기는, SEM 하우징체의 일반적인 구성이지만, 본 실시예에서는 주사 방향이 약 180도 다른 2매의 주사상을 비교하기 때문에, 2매의 주사상에서 주사 신호가 정확히 반전되어 있을 필요가 있다.

(시료실(2), 및 웨이퍼 반송부(8))

시료실(2)은 스테이지(27), 절연재(28), 시료 폴더(29), 미러(30)로 구성된다. 시료 폴더(29)와 접지된 스테이지(27)는 절연재(28)에 의해 전기적으로 절연되어 있고, 시료(26), 미러(30)는, 시료 폴더(29)에 대하여 전기적으로 접지되어 있다. 시료 폴더(29)에는 시료실(2)의 외부로부터 피드 스루(feed-through)를 통하여 고전압을 인가할 수 있다. 또한, 스테이지 제어부(5) 내의 스테이지 구동 장치(31)에 의해, 스테이지(27)를 SEM 하우징체(1)의 중심축에 대하여 수직 방향으로 2차원적으로 구동시킴으로써, 시료(26) 전체의 영역을 SEM 하우징체(1)의 중심축의 바로 아래로 이동시킬 수 있다. 또, 미러(30)는 시료(26)의 위치를 계측하기 위해 시료 폴더(29)에 부착되어 있으며, 스테이지 제어부(5) 내에 있는 레이저 측장(測長) 장치(32)로부터 시료실(2)의 진공을 격벽하는 유리창을 통하여 레이저를 조사할 수 있는 구성으로 되어 있고, 레이저 측장 장치(32)에 의해 시료(26)의 위치를 계측함으로써, 미세한 패턴이 집적된 반도체 패턴이어도 원하는 위치의 주사상을 얻을 수 있다.

웨이퍼 반송부(8)는 반송 제어부(33)와 반송 로봇(34)으로 구성된다. 웨이퍼 반송부(8)는, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거해서 반송 제어부(33)가 반송 로봇(34)을 제어하여, 웨이퍼 반송부(8)에 설치된 시료(26)를 시료 준비실(10)로 반송한다. 여기에서, 시료(26)는 웨이퍼 반송부(8)로부터 시료 준비실(10), 그리고 시료실(2)로 단계적으로 반송되지만, 각 부의 사이에는 밸브(35)가 설치되어 있다. 콘솔(6)은 밸브(35)와 진공 배기부(9)를 제어하여, 반송 동작 중에도 시료실(2)의 진공을 항상 유지할 수 있도록, 시료(26)를 자동으로 반송할 수 있다.

(하우징체 제어부(3))

하우징체 제어부(3)는, 콘솔(6)로부터 보내지는 제어 신호에 의거하여, SEM 하우징체(1)에 포함되는 전자원(11)이나 각종 렌즈를 동작시킨다. 하우징체 제어부(3)는 하우징체 제어 전원(36), 수차 보정 전원(37), 신호 전자 궤도 제어 전원(38), 1차 전자 궤도 제어 전원(39), 리터딩 전원(40)으로 구성된다. 하우징체 제어 전원(36)은, 전자원(11), 콘덴서 렌즈(14), 및 대물 렌즈(24)에 정전압(定電壓) 또는 정전류(定電流)를 공급하여, 시료(26)에 수속한 1차 전자선을 조사할 수 있다. 1차 전자 궤도 제어 전원(39)은, 편향기(23)에 전압 또는 전류를 공급하여, 시료(26)의 원하는 개소에 1차 전자선을 주사할 수 있다. 리터딩 전원(40)의 동작에 대해서는, 전술한 (시료실, 및 웨이퍼 반송부)에 기재. 신호 전자 궤도 제어 전원(38)의 동작에 대해서는, 후술하는 (신호 전자의 궤도 제어 방법)에 기재. 수차 보정 전원(37)의 동작에 대해서는, 후술하는 (수차 보정의 제어 방법)에 기재.

(신호 처리부(4))

신호 처리부(4)는, 콘솔(6)로부터 보내지는 제어 신호에 의거하여 시료(26)의 주사상을 형성한다. 신호 처리부(4)는 화상 메모리(42), 화상 처리부(43), 신호 처리부(44)로 구성된다. 콘솔(6)은, 주사상을 형성하기 위해 1차 전자 궤도 제어 전원(39)에 주사 신호를 보내고, 신호 처리부(4)는 검출기a(17), 및 검출기b(20)에 의해 검출한 신호를 주사 신호에 동기하여 샘플링한다. 각각의 검출기에 의해 검출된 신호는, 개별로 설치된 레벨 조정 회로(41)에 의해 독립적으로 증폭되어 디지털 신호로 변환되고 나서, 신호 처리부(4) 내의 메모리(42)에 저장된다.

여기에서, 레벨 조정 회로(41)를 개별적으로 구비하는 목적은, 검출기a(17)와 검출기b(20)에서 신호량이 크게 다른 경우에 있어서도 최적인 신호 증폭을 실현하기 위해서이다. 메모리(42)에 저장된 각각의 주사상은, 화상 처리부(43)에 의해 가산, 감산 등의 연산 처리가 실시되어 신호 처리부(44)에 보내진다. 신호 처리부(44)에서는 연산 처리된 주사상 중에서, 소정의 영역의 신호 파형(라인 프로파일)을 출력하여, 그 파형으로부터 시료의 형상에 관한 정보를 추출한다. 또, 신호 처리부(44)에서는 연산 처리한 주사상뿐만 아니라, 각각의 검출기에 의해 취득한 주사상에 대해서 독립적으로 신호 파형을 출력하여, 형상에 관한 정보를 출력할 수도 있다. 이렇게, 각각의 검출기에 의해 얻어진 주사상을 적절히 조합시키는 기능을 지니게 함으로써, 원하는 영역에 대하여 높은 정밀도로 계측할 수 있다.

(신호 전자의 궤도 제어 방법)

다음으로 신호 전자의 궤도 제어에 대하여 도 2 및 도 3을 사용해서 설명한다. 도 2, 및 도 3은 SEM식 반도체 계측 장치의 개략 구성도 중의 SEM 하우징체(1)의 일부를 발췌한 것이다. 도 2는 신호 전자 제한판(19)에 의한 신호 전자의 각도 변별의 원리를 나타내고 있으며, 시료(26)로부터 방출된 신호 전자는 SEM 하우징체(1)의 중심축(100)을 따라 시료(26)로부터 대물 렌즈(24) 쪽으로 진행한다. 신호 전자 제한판(19)은 전자빔 통과 개구를 구비한 개구부 형성 부재이며, 큰 앙각으로 방출된 신호 전자(111)는 신호 전자 제한판(19)에 충돌하고, 발생한 3차 전자(120)를 검출기b(20)가 포착한다. 한편, 작은 앙각으로 방출된 신호 전자(110)는, 신호 전자 제한판(19)을 통과하여 ExB형 필터b(18)에 의해 굴곡되어 변환판(16)에 충돌하고, 발생한 3차 전자를 검출기a(17)가 포착한다. 이상과 같이, 신호 전자의 방출 각도를 변별하여 검출하는 기술에서는, 신호 전자 제한판(19)의 개구의 크기로 신호 전자의 도입 앙각을 제한할 수 있다. 작은 앙각으로 방출된 신호 전자(110)와 큰 앙각으로 방출된 신호 전자(111)를 독립적으로 검출하고, 후단의 레벨 조정 회로(41)가 각각의 신호량에 적합한 증폭을 함으로써, 시료의 입체 구조를 보다 선명하게 가시화할 수 있다.

도 3은, 도 2의 구성에서 신호 전자의 출사 위치가 SEM 하우징체의 중심축(100)으로부터 이축(離軸)한 경우를 나타내고 있으며, 편향기(23)에 의해 1차 전자선을 편향시켰을 경우, 신호 전자는 중심축(100)으로부터 크게 떨어진 궤도를 그린다. 도 3의 (a)는 편향기(23)만이 동작한 경우를 나타내고 있으며, 중심축(100)으로부터 이축하여 출사하는 신호 전자의 중심 궤도(101)는, 대물 렌즈(24)의 수속장(收束場)과, 편향기(23)의 편향장(偏向場)에서 궤도가 구부러진다. 그리고, 신호 전자의 대부분이 신호 전자 제한판(19)에 충돌하고, 검출기b(20)에 의해 포착된다. 이 경우, 신호 전자 제한판(19)의 개구로부터 크게 떨어진 위치에 신호 전자가 충돌하기 때문에, 개구에 의한 각도 제한의 기능은 살리지 못한다.

도 3의 (b)는, (a)의 경우에 신호 전자 궤도 제어로서 ExB형 필터c(21), ExB형 필터d(22)를 연동시킨 경우를 나타내고 있다. 여기에서, ExB형 필터c(21), ExB형 필터d(22)는, 모두 1차 전자선의 궤도가 바뀌지 않도록 전장과 자장의 강도가 조정되어 있기 때문에, 신호 전자의 출사 위치는 도 3의 (a)와 변함없다. 그러나, 도 3의 (b)의 경우, 대물 렌즈(24)와 편향기(23)의 장에서 구부러진 신호 전자의 궤도는, 그 신호 전자의 중심 궤도(101)가 신호 전자 제한판(19)에 대하여 수직, 또한 광학계의 중심축(100)과 겹치도록, 2개의 ExB형 필터에 의해 조정되기 때문에, 도 2와 마찬가지의 각도 변별 기능을 발휘할 수 있다.

이렇게 ExB형 필터를 다단으로 배치하고, 편향 신호에 연동시킴으로써, 1차 전자선을 편향시켰을 경우여도 높은 정밀도로 신호 전자의 방출 각도를 변별하는 것이 가능해진다.

(수차 보정의 제어 방법)

1차 전자선에 대하여 ExB형 필터가 미치는 수차의 영향은, 전장과 자장의 편향 작용의 차이에 기인한 색 수차이며, 편향 방향으로 블러(blur)를 만들어낸다. 이 블러의 크기는, ExB형 필터의 동작량과 1차 전자선의 크로스 오버까지의 거리로 결정되고, 동작량이 크며, 또한 크로스 오버까지의 거리가 길수록 블러는 커진다. 이 색 수차를 제거하기 위해서는, 다른 ExB형 필터에 의해 역방향의 블러를 발생시킬 필요가 있으며, ExB형 필터의 동작량과 크로스 오버까지의 거리의 곱이, 각각의 ExB형 필터에 의해 정부(正負) 반전하도록 조정함으로써 색 수차를 제거할 수 있다.

이하, 도면을 사용하여 전술한 바와 같은 수차를 제거하는 제어 방법에 대하여 설명한다. 도 4, 및 도 5는, 다단으로 배치한 ExB형 필터가 발생시키는 수차를 1개의 ExB형 필터에 의해 제거하는 방법을 나타내고 있으며, 도 4는 동작하는 다단의 ExB형 필터의 사이에 크로스 오버(102)가 없는 경우이고, 도 5는 동작하는 다단의 ExB형 필터의 사이에 크로스 오버(102)가 있는 경우를 나타내고 있다. 각각의 도면은, SEM식 반도체 계측 장치의 개략 구성도 중에서, SEM 하우징체(1)의 ExB형 필터 근방의 발췌와, 그것에 관련되는 제어 전원 및 콘솔(6)의 처리를 나타내고 있다.

도 4에서는, 1차 전자선은 변환판(16)과 신호 전자 제한판(19)의 개구를 통과하여, ExB형 필터d(22) 아래에 크로스 오버를 형성하고 있다. 여기에서, 신호 전자의 궤도를 제어하는 각 ExB형 필터의 동작량을, ExB형 필터b(18)는 (Vxb, Vyb), ExB형 필터c(21)는 (Vxc, Vyc), ExB형 필터d(22)는 (Vxd, Vyd)로 하고, 각 ExB형 필터로부터 크로스 오버(102)까지의 거리를 L2, L3, L4로 하면, 각각의 ExB형 필터가 발생시키는 색 수차의 크기는 이하의 식에 비례한다.

[수식 1]

상기한 식을 보정에 사용하는 ExB형 필터a(15)로부터 크로스 오버(102)까지의 거리 L1로 규격화하고, 더함으로써 b 내지 d의 ExB형 필터의 색 수차를 합성할 수 있다.

[수식 2]

위 식의 (dVx, dVy)가 ExB형 필터b 내지 d가 발생시키는 색 수차의 합성이며, 이하의 식과 같이 ExB형 필터a(15)를 (dVx, dVy)와 역극성으로 동작시킴으로써 발생하는 색 수차를 제거할 수 있다.

[수식 3]

도 5에 대해서도 마찬가지이지만, 크로스 오버(102)가 동작하는 다단의 ExB형 필터의 사이에 있기 때문에, ExB형 필터와 크로스 오버의 위치 관계로 합성할 때에 동작 방향을 반전시킬 필요가 있다. 이것은, 크로스 오버(102)가 ExB형 필터 위에 있는 경우와 아래에 있는 경우에서 크로스 오버(102)의 이동 방향이 반전되기 때문이다. 이 경우, b 내지 d의 ExB형 필터가 발생시키는 색 수차를 합성하면 이하의 식이 된다.

[수식 4]

위 식에서는, ExB형 필터b(18)와 ExB형 필터c(21)의 사이에 크로스 오버(102)가 있기 때문에, 제2항과 제3항에 -1이 붙여져 있다. 도 4의 경우와 마찬가지로, 이 합성한 색 수차를 제거하기 위해서는, ExB형 필터a(15)를 (dVx, dVy)와 역극성으로 동작시킴으로써 발생하는 색 수차를 제거할 수 있다.

[수식 5]

이상의 제어를 정확히 행하기 위해서는, 각 ExB형 필터를 정확히 동작시킬 뿐만 아니라, 크로스 오버(102)의 위치를 정확히 알 필요가 있다. 이 경우, 크로스 오버(102)는 도 1 중의 콘덴서 렌즈(14)의 여자(勵磁)에 의해 결정되기 때문에, 미리 콘덴서 렌즈(14)의 여자와 콘덴서 렌즈(14)로부터 크로스 오버(102)까지의 거리를 데이터 베이스 또는 함수식으로서 콘솔(6)에 기억시켜둘 필요가 있다. 콘덴서 렌즈(14)와 각 ExB형 필터까지의 거리는 하우징체의 설계에 의해 결정되므로, 상기한 데이터 베이스 또는 관계식을 지님으로써, 다단으로 배치한 ExB형 필터가 발생시키는 수차를 1개의 ExB형 필터에 의해 제거할 수 있다. 지금까지의 식은 ExB형 필터의 정전 편향의 동작 전압에 대해서 주목하여 기술해 왔다. 전술에서 할애해 온 ExB형 필터를 구성하는 다른 하나의 전자 편향의 동작량에 대해서는, 1차 전자선의 궤도를 바꾸지 않는 빈(Wein) 조건을 만족시키도록 동작량을 결정할 필요가 있다. 빈 조건의 결정 방법은, 주사상의 시야가 움직이지 않도록, 정전 편향의 전압과 전자 편향의 전류를 결정해도 되고, 대물 렌즈의 전류 중심축으로부터 광축이 어긋나지 않도록, 정전 편향의 전압과 전자 편향의 전류를 결정해도 된다. 본 실시예는, 모든 ExB형 편향기가 이 빈 조건을 만족시키도록 동작함으로써 비로소 효과를 발휘할 수 있다.

본 실시예에서 나타낸 기술을 적용함으로써, 높은 공간 분해능에 부가하여, 자유도가 높으며 또한 높은 정밀도로 신호 전자를 변별할 수 있다.

(수차 제거용의 ExB형 필터)

본 실시예에서는, 다단의 ExB형 필터가 발생시키는 수차를 검출기 상에 배치한 1개의 ExB형 필터로 보정한다. 이 구성을 사용함으로써, 신호 전자를 편향시키는 ExB형 필터에 대하여, 한 쌍으로 수차 보정용의 ExB형 필터를 탑재할 필요가 없어져, 대폭적인 스페이스 삭감을 실현할 수 있다. 또한, 검출기 상에 보정용의 ExB형 필터를 배치하기 때문에, 그 ExB형 필터를 수차 보정에 특화해서 최적화할 수 있다. 전술한 (수차 보정의 제어 방법)에서는, ExB형 필터가 발생시키는 색 수차에만 주목해서 설명했지만, 비점(非点) 수차에 대해서도 적극적으로 보정을 할 수 있다. 비점 수차는, 정전 편향기나 전자 편향기의 조립 정밀도의 부족이나, 1차 전자선이 ExB형 필터의 중심으로부터 이축해서 통과하는 것이 원인으로 발생한다.

도 6은 수차 보정용의 ExB형 필터의 개략 구성을 나타낸 것이며, (a)는 정전 편향의 배선, (b)는 전자 편향의 배선을 나타내고 있다. 실제로는 (a), (b)는 겹쳐 그려져야 하지만, 편의상 정전 편향과 전자 편향을 나눠서 도면에 나타내고 있다. 여기에서는, ExB형 필터가 발생시키는 비점 수차의 보정에 대하여 설명한다. 도 6에 나타낸 ExB형 필터는 정전 8극형의 정전 편향기(45)에 XY의 전자 편향기(46)를 조합시키고 있다. 정전 편향기(45)는, 수차 보정 전원(37) 내의 전압 제어 회로(48)에 이어져 있으며, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거하여, 전압 제어 회로(48)로부터 각 편향 전극에 소정의 전압을 인가함으로써 편향장을 발생시킬 수 있다. 또한, 전자 편향기(46)는, 수차 보정 전원(37)의 전류 제어 회로(47)에 이어져 있으며, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거하여, 전류 제어 회로(47)로부터 각 편향 코일에 소정의 전류를 흘림으로써, 편향장을 발생시킬 수 있다. 이 ExB형 필터에 의해 비점 수차를 보정하기 위해서는, 정전 8극 편향기에 비점 수차의 X 방향 보정 성분(105)과 Y 방향 보정 성분(106)을 중첩시킴으로써 실현할 수 있다. 각 보정 성분은, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거하여, 전압 제어 회로(48)에서 앞서 나타낸 색 수차의 보정 전압에, 각 보정 성분의 전압을 더함으로써 중첩시킬 수 있다.

정전 편향에 비점 수차의 보정 기능을 중첩시킬 경우, 보정 기능을 중첩시킨 것에 따른 광축의 어긋남이 문제가 되는 경우가 있다. 이 광축의 어긋남은, 비점 수차를 보정할 정전장(靜電場)의 중심을 1차 전자선이 통과하지 않을 경우, 정전장에 의해 1차 전자선이 편향되기 때문에 발생하게 되는 현상이다. 이 경우, 앞서 설명한 빈 조건을 만족시키도록 ExB형 필터가 동작하지 않기 때문에, 비점 수차를 보정할 수 있어도, 대물 렌즈(24)의 중심축을 통과하지 않음으로써 발생하는 축외(軸外) 수차가 발생한다. 일반적으로 비점 수차는, 보정에 의한 광축의 어긋남을 되돌리기 위해, 비점 수차의 보정에 얼라이너를 연동시킨다. 이 얼라이너는 정전 편향이어도 전자 편향이어도 되며, 비점 보정의 동작에서 주사상의 시야가 움직이지 않도록, 얼라이너가 연동하면 된다(이하, 이 연동을 스티그마 얼라인먼트라 함). 본 실시예에서는 이 스티그마 얼라인먼트를 ExB형 필터의 전자 편향에 중첩시킨다. 스티그마 얼라인먼트는, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거하여, 전류 제어 회로(47)에서 앞서 나타낸 빈 조건으로 결정되는 전류에, 스티그마 얼라인먼트의 전류를 더함으로써 중첩시킬 수 있다.

도 6에서는, 8극의 정전 편향기와 XY의 전자 편향을 조합시킨 ExB형 필터를 예로 본 실시예의 동작을 설명했다. 그러나, 이 동작은 12극, 또는 4극의 정전 편향기에서도 실현 가능하다. 이 경우, 정전 편향기에 의해 비점 수차를 보정할 수 없기 때문에, 전자 편향기를 8극으로 하고, 비점 보정용의 코일에 얼라이너용의 코일을 겹쳐 감음으로써, 전술한 동작을 실현할 수 있다.

본 실시예에서는, 신호 전자의 궤도를 제어하는 복수의 ExB형 필터가 발생시키는 수차를 검출기 상에 배치한 1개의 ExB형 필터에 의해 보정한다. 이 구성을 사용하는 이점은, 앞서 설명한 바와 같이, 신호 전자를 편향시키는 ExB형 필터에 대하여, 한 쌍으로 수차 보정용의 ExB형 필터를 탑재할 필요가 없어져, 대폭적인 스페이스 삭감을 실현할 수 있는 것. 그리고, 검출기 상에 보정용의 ExB형 필터를 배치함으로써, 그 ExB형 필터를 수차 보정에 특화해서 최적화할 수 있는 것이다.

수차를 보정하는 ExB형 필터는, 크게 확장된 신호 전자를 통과시킬 필요가 없기 때문에, 정전 편향기의 내경을 작게 할 수 있다. 도 7은, 4극의 정전 편향기를 사용한 경우의 개략 구성을 나타낸 것이며, 전자 편향기는 앞서 기술한 바와 같이 8극이며, 비점 보정용의 코일에 얼라이너용의 코일을 겹쳐 감고 있다. 도 7에서, (a)는 정전 편향의 배선, (b)는 전자 편향의 배선, (c)는 비점 보정의 배선을 나타내고 있다. 실제로는 (a), (b), (c)를 겹쳐 그려야 하지만, 편의상 나눠서 도면에 나타내고 있다. 또한, 도 7에 나타낸 ExB형 필터에서는, 정전 편향기(45)와 전자 편향기(46)를 진공 격벽(49)에 의해 격리하고 있다. 이 구성에서는, 정전 편향기(45)는 진공 중, 전자 편향기(46)는 대기 중에 배치되지만, 동작에 의해 발열을 수반하는 전자 편향기(46)를 진공 중에 배치하지 않음으로써, 진공이 열화되지 않는다는 큰 이점이 있다. 이 ExB형 필터의 구성은, 수차 보정에 특화되며, 정전 편향기(45)의 내경을 작게 함으로써 비로소 실현할 수 있는 최적인 구성의 일례이다. 도 7의 (a)의 정전 편향기(45)에는, 수차 보정 전원(37) 내의 전압 제어 회로(48)가 이어져 있으며, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거하여, 전압 제어 회로(48)로부터 각 편향 전극에 소정의 전압을 인가함으로써 편향장을 발생시킬 수 있다. 도 7의 (b)의 전자 편향기(46)에 감긴 얼라이너 코일(50)에는, 수차 보정 전원(37)의 전류 제어 회로(47)가 이어져 있으며, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거하여, 전류 제어 회로(47)로부터 각 편향 코일에 소정의 전류를 흘림으로써 편향장을 발생시킬 수 있다. 또한, 도 7의 (c)의 전자 편향기(46)에 감긴 비점 보정 코일(51)에는, 수차 보정 전원(37)의 비점 보정용 전류 제어 회로(52)가 이어져 있으며, 콘솔(6)로부터의 제어 신호에 의거하여, 비점 보정용 전류 제어 회로(52)로부터 각 코일에 소정의 전류를 흘림으로써, 비점을 보정하는 장을 발생시킬 수 있다.

본 실시예에서 설명한 수차 보정용의 ExB형 필터를 신호 전자가 통과하는 위치에 배치했을 경우, 색 수차의 보정 동작, 및 비점 수차의 보정 동작에 의해 신호 전자의 궤도가 편향되기 때문에, (신호 전자의 궤도 제어 방법)에서 설명한 효과를 발휘할 수 없다. 수차 보정용의 ExB형 필터를 검출기 상에 배치함으로써, 비로소 본 발명의 목적인 높은 공간 분해능에 부가하여, 자유도가 높으며 또한 높은 정밀도의 신호 전자의 변별이 가능해진다.

다음으로, 다단의 ExB 필터를 구비한 주사 전자 현미경의 다른 예에 대하여 설명한다. 도 8은, 시료로부터 방출되는 전자를 증폭해서 검출하는 마이크로 채널 플레이트(801, 802)를 검출기로서 구비한 주사 전자 현미경의 일례를 나타내는 도면이다. 본 예의 경우, 마이크로 채널 플레이트(802)가 전자빔 통과 개구를 구비한 개구부 형성 부재로 된다. 마이크로 채널 플레이트(802)에 의하여 검출된 신호는, 증폭기(804)에 의하여 증폭되고, 제어 장치(805) 내에 설치된 화상 메모리에 화상 신호, 혹은 신호 파형 정보로서 기억된다. 또한, 마이크로 채널 플레이트(802)를 통과한 높은 앵글의 전자는, ExB형 필터b(18)에 의하여 축 밖으로 편향되고, 마이크로 채널 플레이트(801)에 의하여 포착된다. 마이크로 채널 플레이트(801)에 의하여 검출된 신호는, 증폭기(803)에 의하여 증폭되고, 화상 메모리에 기억된다. 화상 메모리에 기억된 화상 신호는 표시 장치(806)에 표시 가능하며, 또한 제어 장치(805)는, 상단의 검출기와 하단의 검출기의 출력의 증폭률을 조정하여 합성 화상을 형성하기 위한 연산 장치로도 된다.

이상과 같이 검출기 자체를 각도 변별용의 차폐 부재로서 사용하는 것에 의해서도, 높은 앵글 전자를 선택적으로 검출하는 것이 가능해진다.

1 : SEM 하우징체 2 : 시료실
3 : 하우징체 제어부 4, 44 : 신호 처리부
5 : 스테이지 제어부 6 : 콘솔
7 : 스토리지 매체 8 : 웨이퍼 반송부
9 : 진공 배기부 10 : 시료 준비실
11 : 전자원 12 : 인출 전극
13 : 애노드 전극 14 : 콘덴서 렌즈
15 : ExB형 필터a 16 : 변환판
17 : 검출기a 18 : ExB형 필터b
19 : 신호 전자 제한판 20 : 검출기b
21 : ExB형 필터c 22 : ExB형 필터d
23 : 편향기 24 : 대물 렌즈
25 : 높이 센서 26 : 시료
27 : 스테이지 28 : 절연재
29 : 시료 폴더 30 : 미러
31 : 스테이지 구동 장치 32 : 레이저 측장 장치
33 : 반송 제어부 34 : 반송 로봇
35 : 밸브 36 : 하우징체 제어 전원
37 : 수차 보정 전원 38 : 신호 전자 궤도 제어 전원
39 : 1차 전자 궤도 제어 전원 40 : 리터딩 전원
41 : 레벨 조정 회로 42 : 메모리
43 : 화상 처리부 45 : 정전 편향기
46 : 전자 편향기 47 : 전류 제어 회로
48 : 전압 제어 회로 49 : 진공 격벽
50 : 얼라이너 코일 51 : 비점 보정 코일
52 : 비점 보정용 전류 제어 회로 100 : 중심축
101 : 신호 전자의 중심 궤도 102 : 크로스 오버
105 : 비점 수차의 X 방향 보정 성분 106 : 비점 수차의 Y 방향 보정 성분
110, 111 : 신호 전자 120 : 3차 전자

Claims

하전 입자원(粒子源)으로부터 방출되는 하전 입자 빔을 편향시키는 편향기와, 상기 하전 입자 빔의 주사에 의하여 얻어지는 하전 입자를 검출하는 검출기를 구비한 하전 입자선 장치에 있어서,
시료로부터 방출된 하전 입자를 편향시키는 제1 직교 전자계 발생기와, 당해 제1 직교 전자계 발생기에 의하여 편향된 상기 하전 입자를 더 편향시키는 제2 직교 전자계 발생기와, 상기 하전 입자 빔의 통과 개구를 갖는 개구 형성 부재와, 당해 개구 형성 부재를 통과한 상기 하전 입자를 편향시키는 제3 직교 전자계 발생기와, 상기 편향기의 편향 신호에 연동하여, 상기 시료로부터 방출된 하전 입자가, 상기 하전 입자 빔의 광축을 향하도록 상기 제1 직교 전자계 발생기를 제어하는 동시에, 당해 제1 직교 전자계 발생기에 의해 편향된 하전 입자를, 상기 통과 개구를 향하도록 상기 제2 직교 전자계 발생기를 제어하는 제어 장치를 구비하고, 상기 검출기는, 상기 시료로부터 방출되어, 상기 통과 개구를 통과한 하전 입자, 혹은 상기 통과 개구를 통과한 하전 입자가 변환판에 충돌하여 발생된 하전 입자를 검출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 개구 형성 부재는, 상기 시료로부터 방출되는 하전 입자의 충돌에 의하여 2차 전자를 발생시키는 변환판인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 검출기는, 상기 변환판으로부터 방출되는 전자를 검출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 개구 형성 부재는, 상기 시료로부터 방출되는 하전 입자를 검출하는 검출기인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 제3 직교 전자계 발생기보다 상기 하전 입자원측에, 수차(收差) 보정기를 배치한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제5항에 있어서,
상기 수차 보정기는, 제4 직교 전자계 발생기로서, 상기 제1 직교 전자계 발생기, 제2 직교 전자계 발생기, 및 제3 직교 전자계 발생기가 발생시키는 수차를 상쇄하도록 제어되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 직교 전자계 발생기와 상기 제2 직교 전자계 발생기는, 상기 편향기에 의한 상기 하전 입자 빔의 편향 상태에 따라서, 상기 시료로부터 방출되는 하전 입자에 대한 편향 상태를 변화시키는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 직교 전자계 발생기와 제2 직교 전자계 발생기는, 상기 시료로부터 방출되는 하전 입자의 궤도가, 상기 하전 입자 빔의 이상(理想) 광축과 평행해지도록, 당해 하전 입자를 편향시키는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
하전 입자원과, 상기 하전 입자원으로부터 방출되는 하전 입자 빔의 조사 위치를 편향시키는 편향기와, 상기 하전 입자 빔의 시료에의 조사에 의하여 얻어지는 2차 신호를 검출하는 제1 검출기를 구비한 하전 입자선 장치에 있어서,
상기 제1 검출기와 상기 편향기 사이에 배치되는 상기 하전 입자 빔의 통과 개구를 갖는 개구 형성 부재와, 상기 시료로부터 방출되는 하전 입자를 상기 통과 개구를 향하여 편향하는 2개 이상의 2차 신호 편향기와, 상기 제 1 검출기로부터 상기 하전 입자원 방향에 배치되고, 상기 2개 이상의 2차 신호 편향기에 의하여 초래되는 상기 하전 입자 빔의 수차를 보정하는 1개의 수차 보정기와, 상기 2개 이상의 2차 신호 편향기에 의하여 초래되는 복합 수차를 보정하도록, 상기 1개의 수차 보정기를 제어하는 제어 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 2개 이상의 2차 신호 편향기, 및 상기 1개의 수차 보정기가 정전장(靜電場)과 정자장(靜磁場)을 중첩시킨 편향기인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 2개 이상의 2차 신호 편향기, 및 상기 1개의 수차 보정기가 정전장과 정자장을 중첩시킨 편향기이며, 또한 정전장과 정자장이 하전 입자 빔을 편향시키지 않고, 상기 2차 신호만 편향시키는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 하전 입자 빔이 형성하는 크로스 오버의 거리와, 상기 2차 신호 편향기의 동작량에 따라서, 상기 수차 보정기의 동작량을 설정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 수차 보정기가 보정하는 수차가, 상기 2개 이상의 2차 신호 편향기가 발생시키는 색 수차인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 수차 보정기가 보정하는 수차가, 상기 2개 이상의 2차 신호 편향기가 발생시키는 비점(非点) 수차이며, 또한 상기 비점 수차의 보정에 의해 상기 하전 입자 빔이 편향되지 않도록, 상기 하전 입자 빔의 궤도를 교정하는 기능을 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 개구 형성 부재와 상기 제1 검출기 사이에 에너지 필터를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 개구 형성 부재보다 상기 시료측에 제2 검출기를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제9항에 있어서,
상기 제1 검출기와 제2 검출기의 신호를 사용하여 상기 시료의 형상을 계측하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.