TWI723349B - 射束照射裝置 - Google Patents

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Abstract

本揭示，目的在於提出一種可達成軸外像差修正之多射束照射裝置。 為達成上述目的，提出一種射束照射裝置，具備：射束源，放出複數個射束；及對物透鏡(17)，對於試料將射束匯聚；及第1透鏡(16)，以透鏡主面位於對物透鏡的物點之方式配置，將入射的複數個射束朝向前述對物透鏡主面和光軸之交點偏向；及第2透鏡(15)，配置於比該第1透鏡還靠前述射束源側，將前述複數個射束匯聚至前述第1透鏡的主面；及第3透鏡(14)，配置於比該第2透鏡還靠前述射束源側，將前述複數個射束朝向前述第2透鏡的主面和光軸之交點偏向。

Description

射束照射裝置
本揭示係射束照射裝置，特別有關將複數個射束照射至試料之射束照射裝置。
將複數個射束照射至試料之多射束SEM (Scanning Electron Microscope；掃描電子顯微鏡)，射束會通過從透鏡的中心軸離軸之位置，因此會發生軸外像差(像散、像場彎曲、色差、慧形、畸變)。由於發生的各種的軸外像差，各自的射束的點徑會增大、或取得圖像會扭曲。作為抑制軸外像差所造成的點徑增大之方法，能夠如專利文獻1所示般，事先預測因軸外像差而發生的像場彎曲像差的分布，來仔細製作孔徑透鏡陣列的形狀，藉此修正因複數個射束通過軸外而發生之像散像差與像場彎曲。
此外，專利文獻2中，說明一種在單射束的光學系統中，配合射束偏向所造成的視野移動來修正偏向像差之手法。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本特許第5886663號(對應美國專利公開公報US2013/0248731) [專利文獻2] 日本特許第6178699號(對應美國專利USP9,653,256)
[發明所欲解決之問題]
專利文獻1中，對於多射束SEM中發生的軸外像差(像散、像場彎曲、色差、慧形、畸變)，是在多透鏡孔徑的形狀下工夫，藉此修正像散像場彎曲像差。然而，一旦有光學條件的變更或變更軸調整條件，則必須施以反饋至孔徑的形狀或對於孔徑透鏡的施加電壓條件，而必須重新組立或做光學條件的調整等。
另一方面，多射束SEM中若能夠進行高速的視野移動，則藉由多射束所致之複數點的測定或檢查、與高速視野移動之組合，便能進行更高速測定、檢查。然而，若無法消弭此時發生的偏向像差，則無法實現高精度的測定、檢查。按照專利文獻2中揭示之手法，雖可達成單射束下的像差抑制，但若僅依專利文獻2中揭示之手法，無法修正多射束通過透鏡的軸外時發生之軸外像差。
以下，說明一種射束照射裝置，其目的在於，在多射束的射束照射裝置中，進行當視野移動的射束偏向時等，射束通過透鏡的軸外時發生之軸外像差的修正。 [解決問題之技術手段]
作為達成上述目的之一態樣，提出一種射束照射裝置，具備：射束源，放出複數個射束；及對物透鏡，對於試料將射束匯聚；及第1透鏡，以透鏡主面位於對物透鏡的物點之方式配置，將入射的複數個射束朝向前述對物透鏡主面和光軸之交點偏向；及第2透鏡，配置於比該第1透鏡還靠前述射束源側，將前述複數個射束匯聚至前述第1透鏡的主面；及第3透鏡，配置於比該第2透鏡還靠前述射束源側，將前述複數個射束朝向前述第2透鏡的主面和光軸之交點偏向。 [發明之效果]
按照上述構成，在多射束的射束照射裝置中，可進行軸外像差的修正。
掃描電子顯微鏡這樣的帶電粒子束裝置，是為了做微細的半導體元件圖樣的測定或檢查。掃描電子顯微鏡，為使用藉由令匯聚的電子束在試料上掃描而得到的圖像等，來進行測定或檢查之裝置。伴隨現今的半導體元件的複雜化、微細化，短時間內做更多的測定或檢查之需求變得強烈。
為了提升測定或檢查的速度，拍攝時間之縮短、及檢查視野的移動時間之縮短係有效。為了縮短拍攝時間，藉由增大探針電流，可在短的拍攝時間內取得高S/N的SEM圖像。當以上述方法縮短了拍攝時間的情形下，SEM圖像取得時的每1像素的射束滯留時間會變短。若該射束滯留時間變得比檢測器的響應時間還短則對前一像素照射電子時之資訊會混雜在下一像素。
像這樣，即使增加探針電流，檢測器的響應時間也有極限而拍攝時間之縮短有其極限。作為突破此極限之方法，可設想採用一種將複數個射束同時照射至試料，辨別藉由各自的射束照射而產生之訊號電子而藉由複數個檢測器同時檢測之多射束SEM。
多射束SEM中可達成使用複數個射束之同時觀察，因此能夠期待測定、檢查速度之提升，但為了實施進一步的高速化，理想是併用視野移動，即藉由偏向器令射束偏向，藉此便不需要平台移動。然而，若無法抑制當複數個射束通過透鏡的軸外時發生之軸外像差，則無法指望高精度測定、檢查。
針對軸外色像差、軸外慧形像差、及軸外畸變像差，雖亦可設想使用平板透鏡來修正之方法，但會配置和對物透鏡等價的透鏡，因此對物透鏡會長焦化而解析力會相對地降低。
以下實施例中，說明一種射束照射裝置，是在多射束的射束照射裝置中，進行當視野移動的射束偏向時等發生之軸外像差修正。
以下實施例中，說明一種具備將2個以上的複數個射束照射至試料的多射束光學系統之射束照射裝置，例如，提出一種射束照射裝置，具備：電子源，放出複數個射束；及對物透鏡，對於試料將射束匯聚；及第1透鏡，以透鏡主面位於對物透鏡的物點之方式配置，將入射的複數個射束朝向前述對物透鏡主面和光軸之交點偏向；及第2透鏡，配置於比該第1透鏡還靠前述電子源側，將前述複數個射束匯聚至前述第1透鏡的主面；及第3透鏡，配置於比該第2透鏡還靠前述電子源側，將前述複數個射束朝向前述第2透鏡的主面和光軸之交點偏向。
按照上述構成，例如可提供一種具備了偏向像差修正器之多射束裝置。其結果，以複數道的射束來分割視野而高速拍攝後，可藉由使用了偏向像差修正器之射束偏向來電氣性地做視野移動，因此能夠實現高速且高精度的測定或檢查。
[實施例1]
圖1為多射束SEM的概要示意圖。從電子源1(針尖(tip))放出的一次電子2藉由第一聚光透鏡11所造成的透鏡作用而被收斂至P1。其後，通過光圈18，藉由第二聚光透鏡12的透鏡作用令在P1收斂的一次電子2變化成平行射束。成為平行的一次電子2藉由孔徑透鏡陣列13而被分割。藉由孔徑透鏡陣列13而被分割的一次電子，成為複數個射束而到達試料，因此從電子源1至孔徑透鏡陣列13為止之光學元件，係成為放出複數個射束之射束源。
被分割的一次電子3a、3b受到孔徑透鏡陣列13的透鏡作用及分割射束匯聚透鏡14的透鏡作用，被分割的一次電子3a、3b各自在P2匯聚。
匯聚了的一次電子，闖入至由偏向器21、22、23、像差產生透鏡15、及色散軌道匯聚透鏡16所構成之偏向像差修正器101。此外，各個被分割的一次電子3a、3b的中心軌道，藉由分割射束匯聚透鏡14的透鏡作用，被匯聚至偏向像差修正器101內的像差產生透鏡15的透鏡主面。
此外，射束分割後，在P2被匯聚了的軌道，可看出其後會從P2以相異的傾斜角度被放出。以後將本軌道稱為展開角(spread angle)相異的軌道。展開角相異的軌道會被匯聚至形成於偏向像差修正器101內的色散匯聚透鏡16的透鏡主面之交叉點(crossover)P3。通過偏向像差修 正器101後，被分割的一次電子3a、3b的中心軌道在對物透鏡17的主面鄰近和光軸相交，到達至晶圓31的相異點a、b。此時在P3匯聚了的展開角相異的軌道在試料上再匯聚，形成奈米尺度的小點。
另，雖未圖示但在圖1示例之掃描電子顯微鏡中，設有和各射束對應之複數個檢測器、用來將各射束在試料上一維或二維地掃描之掃描偏向器、基於各檢測器的輸出而生成圖像或訊號分佈(profile)之演算裝置。又，設有後述般用來設定透鏡條件或偏向器條件之控制裝置。此外，亦可設計成具備複數個電子源1，藉此放出複數個射束。放出複數個射束之射束源，不限於圖1示例般的構成，可採用種種形態。
上述光學系統中，可同時修正因藉由多透鏡陣列13被分割的一次電子通過透鏡的軸外而發生之軸外像差、及因射束偏向而視野移動時發生之偏向像差。
接下來，利用圖2等來說明藉由圖1示例般的光學系統便可修正軸外像差及偏向像差之理由。為了簡化此說明，如圖2示例般定義一對稱面Zm。當對於前述對稱面Zm而言展開角相異的軌道為對稱(反對稱)的情形下，藉由將軸外軌道或是偏向軌道設為反對稱(對稱)，便能修正軸外像差或是偏向像差。
另，所謂「對稱」例如亦能表現為以對稱面Zm2作為鏡面之鏡對稱，所謂「反對稱」例如亦能表現成以對稱面Zm2與射束的交點作為對稱點之點對稱。
本實施例中的光學系統中，藉由滿足上述這樣的條件，來進行像差修正。圖2至圖7為像差修正的原理示意圖。圖3為孔徑透鏡陣列13通過後的展開角度相異的軌道(僅抽出射束的匯聚狀態(展開角)時之射束的軌跡)示意圖。圖4為藉由孔徑透鏡陣列13被分割的一次電子的中心軌道示意圖。圖2為通過圖4的軌道之具有如圖3示例般的展開角之射束的軌跡示意圖。
展開角相異的軌道(圖3)，於通過孔徑透鏡陣列13後，藉由透鏡14被匯聚至P2。其後，射束通過透鏡15、17，匯聚至透鏡16的主面P3、及晶圓31。此處，將透鏡15，16，17的主面定義成對稱面Zm1、Zm2、Zm3。
此處，展開角相異的軌道(圖3)，當將Zm1、Zm3訂為對稱面時，是以通過對稱面前後的軌道成為對稱，當將Zm2訂為對稱面時，是以通過對稱面前後的軌道成為反對稱之方式，來決定透鏡的配置條件或匯聚條件。
另一方面，被分割的射束的中心軌道(圖4)，通過了孔徑透鏡陣列13後，藉由透鏡14被匯聚至透鏡15的主面(對稱面Zm1)(朝向透鏡15的主面和理想光軸之交點偏向)。其後通過透鏡16，藉由透鏡16的偏向作用，在對物透鏡17的主面(對稱面Zm3)再匯聚而到達至晶圓上的離軸之點a。被分割的射束的中心軌道相對於對稱面Zm1、Zm3反對稱地，相對於對稱面Zm2對稱地配置。
像以上這樣針對各對稱面(Zm1、Zm2、Zm3)，展開角相異的軌道(圖3，示意射束的展開角之軌跡)與射束的中心軌道(圖4)，其對稱、反對稱的關係呈相反的狀態。其結果，在透鏡15～透鏡17間發生的軸外像差，會藉由上述的軌道的對稱性而成為0而受到修正。另，本實施例所示之光學系統中在透鏡14發生的軸外色像差雖無法修正，但能夠藉由爭取對物透鏡的縮小率來縮小。此外，若將P2以後的軌道做微調整，則最終亦可能扺消在透鏡14發生的軸外色像差。
為達成上述這樣的射束條件，本實施例中是將複數個射束利用透鏡14(射束匯聚透鏡：第3透鏡)朝向透鏡15(像差產生透鏡；第2透鏡)的透鏡主面(Zm1)和理想光軸(透鏡中心)之交點偏向，並且令其匯聚至透鏡16(色散軌道匯聚透鏡：第1透鏡)的透鏡主面(P2)，像差產生透鏡15令射束匯聚至透鏡16的透鏡主面(Zm2)，透鏡16令射束朝向對物透鏡17的主面和理想光軸之交點偏向。此外，本實施例的光學系統中，透鏡15與對物透鏡17，是於光軸方向以Zm2作為對稱面而被配置於對稱位置，且被配置成對物透鏡17的物點和透鏡16的透鏡主面的位置一致。
圖5揭示使用偏向器做視野移動時之偏向軌道。對圖2所示軌道加上本軌道(圖5)，藉此便能表現出當將分割的一次電子藉由偏向做視野移動時之軌道(近軸軌道)。然後，一面維持圖2所示般的射束條件，一面進行視野移動(對視野移動用偏向器供給和視野移動量、視野移動方向相應之電流或電壓)，藉此便可在多射束裝置中一面修正軸外像差，一面進行視野移動。
圖5為當假定沿著光軸照射了射束時之射束的軌道。視野移動時的一次電子會藉由偏向器21、22的偏向而通過透鏡15的軸外，到達至透鏡15的焦點P4。一次電子，藉由設置在焦點位置P4之偏向器23而被擺回至光軸上，通過透鏡16。此處，將透鏡16的透鏡主面定義成對稱面Zm2。通過了透鏡16的射束，藉由設置在透鏡17的前側焦點位置P5之偏向器25而被擺回至軸外。其後，受到對物透鏡17的透鏡作用，垂直入射至晶圓31上。
圖6揭示因偏向軌道通過了透鏡15的軸外而發生之色散軌道。因偏向器而通過了透鏡15的軸外，因此會發生色散而離軸。其後，藉由透鏡16的透鏡作用被擺回。通過對物透鏡17時，偏向軌道係離軸通過對物透鏡。此時在對物透鏡17發生的色散與在透鏡15發生的色散會抵消而到達至晶圓31。
本光學系統中的近軸軌道，是以展開角相異的軌道(圖3)、被分割的射束的中心軌道(圖4)、偏向軌道(圖5)之和來表示。
作為一例，圖7揭示將分割了的射束的中心軌道和偏向軌道相加而成者。圖7的射束軌道501，揭示通過紙面右側的開口(孔徑透鏡13的開口)，而到達至晶圓31的a點為止之路徑，射束軌道502揭示通過紙面左側的開口，而到達至晶圓31的b點為止之路徑。射束軌道501、502皆如圖5般受到偏向，因此和未受偏向之情形相比，a點、b點皆朝紙面右側偏移。此處，展開角相異的軌道相對於對稱面Zm2為反對稱，被分割的射束的中心軌道(圖4)、偏向軌道(圖5)相對於Zm2為對稱。
藉由以上的對稱性，在從P2至Zm2之間發生的最低次的偏向/軸外像差(偏向色像差、偏向慧形像差、軸外色像差、軸外慧形像差)、和在從Zm2至晶圓31之間發生的同像差會成為等量異符號，同像差會同時受到修正。此外因射束偏向而發生的色散軌道(圖6)亦相對於Zm為對稱。其結果，同色散軌道與各透鏡場的組合像差(高次色像差)亦能夠同時修正。藉由利用本實施例所示構成，即使將複數個射束同時偏向仍能實現不因軸外像差及偏向像差而解析力劣化之光學系統。 [實施例2]
說明替換圖1示例之透鏡15(像差產生透鏡)而利用像差產生用的維因濾波器(Wien filter)30之情形。圖8揭示依本實施例之光學系統說明圖。維因濾波器30的形狀如圖9所示。
圖9為將維因濾波器投影至和光軸201垂直的截面而成之概略圖。如圖9所示，維因濾波器30由4個電磁極51、52、53、54所構成。在各自的電磁極捲繞有線圈，藉由對各電磁極的電極及線圈施加電壓及電流，便能夠生成靜電場E1、E2、靜磁場B1、B2。此處，E1(B1)為電(磁)偶極子場、E2(B2)為電(磁)4極子場。於維因濾波器動作時，是以E1、B1在和光軸垂直的平面內正交之方式生成場。
本實施例中揭示於X軸方向取電場E1、於Y軸方向取磁場B1之情形。圖10為從和射束光軸正交的方向觀看一次電子301通過生成的電磁場(E1、B1)中的狀態之圖。一次電子301的速度設為v。被分割的一次電子301於維因濾波器內直進之條件是由數1來給予。
Figure 02_image001
此處，當一次電子301的能量低時(v＜E1/ B1)，一次電子301會朝電場E1的方向受到偏向作用而被轉彎，當一次電子12的能量高時(v＞E1/B1)會朝反方向被轉彎。
其結果，在維因濾波器內會發生分散。此外，此時同時於電場(X軸)方向會發生透鏡作用。藉由於X軸方向發生的透鏡作用，朝電場(X軸)方向擴散的成分會受到匯聚作用，朝磁場(Y軸)方向擴散的成分會直進。其結果，X軸方向的匯聚點與Y軸方向的匯聚點會產生在相異位置。依此方式發生的X方向的匯聚點與Y方向的匯聚點之差異，能夠藉由將4極子場重疊來修正。維因濾波器亦為透鏡的一種，為了修正因透鏡作用而發生的X方向匯聚點與Y方向匯聚點之錯位而給予的4極子場強度由數2來表示。
Figure 02_image003
此處，e為基本電荷，m為電子質量。思考由於追加了由數2給予的4極子場而使發生的色像差成為0之條件。
本實施例中，於偏向所致之視野移動時發生的偏向色像差，是使用令其在維因濾波器30發生的色散來修正。若要令其在維因濾波器30僅發生分散，必須使藉由數2中給予的電磁4極子場而發生的色像差成為0。藉由電磁4極子場而發生的色像差成為0之條件如數3所示。
Figure 02_image005
Φ0 為射束的加速電壓。數1係特定速度的一次電子301於維因濾波器內直進之條件，數2係為了修正因對維因濾波器加入偶極子場E1、B1而發生的X方向匯聚點與Y方向匯聚點之偏差而施加之4極子場強度(E2、B2)的條件、數3係用來使加入了4極子場時發生的色像差成為0之電4極子場E2與磁4極子場B2的關係式。
重疊至像差修正單元101內的維因濾波器30之電磁場滿足數1、數2、數3，藉此設定成X方向、及Y方向雙方的射束會在點P3匯聚。
當依以上的動作條件令其動作的情形下之光線圖如圖11～16所示。該些圖是將圖2～7中的像差產生透鏡15置換成維因濾波器30而成者。將圖5和圖14比較可知，藉由將旋轉對稱透鏡15置換成維因濾波器，原本在透鏡15主面位置之偏向軌道的離軸會消弭。這是因為圖5示例的光學系統中，是將透鏡15與透鏡17間之射束的軌道以Zm2作為對稱面而設為鏡對稱，藉此抵消在2個透鏡發生的色散，相對於此，維因濾波器，對於通過光軸的射束，能夠使將在透鏡17發生的色散予以抵消之色散發生的緣故。
本實施例中，藉由因滿足維因濾波器的2方向匯聚條件(數2)而發生的透鏡作用，能夠使在P2匯聚之展開角相異的軌道匯聚至P3。 [實施例3]
如圖17示例般，亦可在圖8的維因濾波器30的電子源側、或試料側的其中一個位置追加旋轉對稱透鏡18。藉由採用這樣的透鏡，便可輔助維因濾波器的匯聚作用。由於是用來輔助維因濾波器的匯聚作用，係和維因濾波器連動而受到控制。 [實施例4]
如圖6或圖15示例般，上述實施例中，採用了將在像差產生透鏡15或是維因濾波器30發生的色散軌道匯聚至對物透鏡17的主面之高次色像差抑制透鏡16，但亦可如圖18示例般替換高次色像差抑制透鏡16，而採用電磁偶極子41或電磁4極子42(電磁偶極子、電磁4極子例如參照美國專利USP9,704,687)。 [實施例5]
若為了做視野移動而將射束偏向，則射束會通過對物透鏡17的軸外。此時，會發生像散像差與像場彎曲像差。像場彎曲可藉由變更對物透鏡17的透鏡強度來修正，但若要修正像散像差，理想是在展開角相異的軌道不會匯聚之場所配置一令4極子場產生之光學要素(像散校正線圈(stigmator coil))。
本實施例中，利用圖19說明具備了用來修正像散像差的像散調整用多軌道匯聚透鏡61、及像散校正線圈71之電子顯微鏡。圖19示例之電子顯微鏡中，設有包含像散調整用多軌道匯聚透鏡61(第4透鏡)、及像散校正線圈71之光學系統，與用來有機地結合圖1等示例的光學系統之透鏡62(展開角調整透鏡：第5透鏡)。
本實施例中，不同於圖1的構成，是在位於分割射束匯聚透鏡14的主面之P2，配置用來使展開角相異的軌道收斂之透鏡62。藉由多透鏡陣列13而被分割的一次電子3a、3b，被匯聚至像散調整用多軌道匯聚透鏡61的透鏡主面P1。被匯聚的射束受到透鏡61的透鏡作用，被分割的一次電子3a、3b的中心軌道在設置有像散調整用4極子61之點G1被匯聚至光軸上(中心軌道朝向點G1被偏向)。
在點G1，藉由多透鏡孔徑13而被分割的一次電子3a、3b的中心軌道會被匯聚至光軸上(和光軸交叉)，因此即使在G1將旋轉對稱透鏡(透鏡62)產生的磁場與像散校正線圈71(像散修正器)的像散修正用4極子場重疊，藉由透鏡及4極子場的作用，中心軌道(圖中虛線)仍不會變動。
另一方面，被分割的一次電子3a、3b的展開角相異的軌道會離軸。故，在點G1配置產生像散修正用的4極子場之像散校正線圈61與展開角調整用之透鏡62(以G1和透鏡62的主面一致之方式配置)，藉此便可對被分割的射束的各者達成同等的像散修正與對焦調整。
另，圖19的構成中和圖1的構成比較，P2的位置雖相異，惟是替換圖1的分割射束匯聚透鏡14而藉由展開角調整透鏡62來進行往P2之匯聚，只要保有利用圖3、圖4說明之對稱、反對稱關係，則可做光學系統的種種變形。
[實施例6]
此外，當藉由調整對晶圓施加之電壓(減速(retarding)電壓(負電壓))，來變更測定或檢查所使用之加速電壓(著陸能量(landing energy))的情形下，對物透鏡17的光學倍率會和加速電壓相依而變化，因此著陸至試料之被分割的一次電子3a、3b的在試料上的點a、b之展開角會變化。
作為第6實施例，揭示於具備了對於試料之負電壓施 加電源的第5實施例所示光學系統中，可調整加速變更時的展開角之光學系統。藉由變更置放在被分割的一次電子3a、3b的中心軌道匯聚之位置的展開角調整透鏡的強度，便可不挪動中心軌道而僅變更匯聚點P的位置。故，當變更了對物透鏡條件時藉由變更(調整)展開角調整透鏡62的透鏡強度，便可達成光學倍率的變更而能夠調整展開角。
適當的著陸能量或展開角會因應測定目的或測定對象圖樣的種類而變化，因此將當改變了著陸能量時的對物透鏡條件與展開角調整透鏡之關係事先表格化，令其記憶於規定的記憶媒體，藉此不論著陸能量的變化為何，可在維持像差修正條件之狀態下，達成適當的展開角下之觀察。控制裝置，因應著陸能量的變化，設定各透鏡的透鏡條件。
[實施例7]
思考使用掃描偏向器26來掃描被分割的一次電子3a、3b之情形。藉由掃描偏向器26的偏向作用，到達至到達點a、b的射束於試料上掃描。此時的掃描範圍若比點a與點b之間的距離還小，則在掃描區域間會產生間隙。此外，若掃描範圍比掃描區域間的間隙b的距離還大，則在掃描區域會產生重疊。
為了有效率地於試料上掃描，理想是藉由依事先訂定好的控制條件來控制光學元件之控制裝置，和掃描偏向器26所致之掃描範圍連動而使到達點a與到達點b之 間的距離變化。作為第7實施例，圖20揭示一光學系統，搭載了用來變更藉由孔徑透鏡陣列13而被分割的一次電子3a、3b的到達位置a與b的間隔之多射束間隔調整透鏡63。
藉由多透鏡孔徑13而被分割的一次電子3a、3b，通過了像散調整用多軌道匯聚透鏡61及展開角調整用透鏡62後，受到多射束間隔調整透鏡63的透鏡作用，被匯聚至點P2。因應在點P2之被分割的一次電子3a、3b的距離，到達點a、b間的距離會變化。換言之，被分割的一次電子3a、3b間的距離投影至試料上而成為晶圓上的到達點a、b間的距離。
例如，若將多射束間隔調整透鏡63的透鏡作用增強(減弱)，則被分割的一次電子3a、3b的中心軌道的匯聚點G2會上升(下降)、在P2之被分割的一次電子3a、3b的距離會變小(變大)。此外若改變多射束間隔調整透鏡63的透鏡強度，則光學系統全體的光學倍率會變動，因此被分割的一次電子3a、3b到達至晶圓上時之展開角會變動。鑑此，為了抑制展開角的變動，係和多射束間間隔調整透鏡63的透鏡強度變化同步而使展開角調整用透鏡62的透鏡強度變化。
例如，若能夠以複數個射束的掃描區域不重疊，且在掃描區域間沒有間隙之方式進行掃描，則能夠效率良好地取得廣泛區域的高解析力圖像。故，理想是和視野(Field Of View：FOV)的大小(倍率)設定連動，以滿足這樣的條件之方式來調整多射束間間隔調整透鏡63的強度。
本實施例之展開角調整用透鏡62，其透鏡主面的光軸方向的位置，係和點G1(被分割的一次電子3a、3b的中心軌道匯聚至光軸上之點)一致，因此不會肇生將中心軌道偏向這樣的透鏡作用。是故可不改變晶圓上的到達點a、b間的間隔而進行光學倍率的調整。
本實施例中是將展開角調整用透鏡62配置於被分割的一次電子3a、3b匯聚至光軸之點(例如G1)，但即使將多射束間隔調整透鏡配置於展開角相異的軌道的匯聚點(例如P5)，仍可將中心軌道與展開角相異的軌道做獨立控制，控制會變得簡便。
[實施例8]
圖21揭示將射束分割成複數之孔徑透鏡陣列的一例。依本實施例之孔徑透鏡陣列，是由13a、13b、13c、13d這4片電極所構成。一次電子從本孔徑透鏡陣列的上方入射。
藉由配置於最靠電子源側之多孔徑陣列13a，將一次電子形成為圓形。其後，闖入至由3片電極(13b、13c、13d)所構成之透鏡。本實施例中，從未圖示之電源對電極13c施加負的電壓，藉此作為單透鏡(einzel lens)來使用。若一次電子通過單透鏡的軸外，則由於像差的影響，無法達成通過的一次電子線之一點匯聚，到達至晶圓31時之射束點徑會變大。
依本實施例之孔徑透鏡陣列，是將配置於透 鏡陣列(13b、13c、13d)的前段之孔徑陣列13a的孔徑，設為透鏡陣列的電極徑(13c的孔徑或是13b、13c、13d的孔徑的最小徑)的一半以下，藉此便能限制通過在透鏡陣列形成之透鏡的軸外之電子的通過。
此外，在孔徑陣列13a與施加了負的電壓的透鏡陣列13c之間，設置有連接至大地(ground)之透鏡陣列13b。若缺少本電極，則因對電極13c施加電壓而產生的電場會從孔徑陣列13a漏出，而作用於在孔徑陣列限制之前的電子線而發生像差。其結果，通過孔徑透鏡陣列後的一次電子線會因本像差的影響而不可達成一點匯聚，在晶圓31上之射束點徑會增大。
將設置於接地電極之透鏡陣列13b，設置在孔徑陣列13a與施加了負或正的電壓的透鏡陣列13c之間，藉此便能限制闖入至藉由多透鏡陣列(13b、13c、13d)而生成的透鏡的軸外之一次電子。其結果，可達成通過多透鏡陣列後的一次電子的一點匯聚。
[實施例9]
上述光學系統中，為了修正被分割的一次電子的軸外像差與因射束偏向而發生的偏向像差，係將通過孔徑透鏡陣列13後的交叉位置(P1~P5、G1~G4)予以固定。
鑑此，依本實施例之光學系統是在電子源1與孔徑透鏡陣列13之間，設置第一聚光透鏡11(第6透鏡) 與探針電流調整透鏡12(第7透鏡)。此處針對將分割的一次電子3a、3b的探針電流量減小的情形揭示具體例。
從電子源1放出的一次電子受到第一聚光透鏡的透鏡作用而被匯聚至點P1。其後藉由入射角度控制透鏡12被變換成相對於光軸201平行之射束而照射至孔徑透鏡陣列13，成形為圓形射束。
成形後的射束電流是藉由孔徑透鏡陣列13的孔徑與照射的一次電子的電流密度來決定。是故，藉由提升第一聚光透鏡的強度來使點P1朝上方移動，並且減弱探針電流調整透鏡12的透鏡強度來拉長焦點距離，便能夠保持照射角度(本實施例中是相對於光軸平行)而降低照射至孔徑透鏡陣列之一次電子的密度。其結果，能夠降低照射至晶圓之被分割的一次電子3a、3b的探針電流。
1:電子源
2:一次電子(電子束)
3a:被分割的一次電子
3b:被分割的一次電子
11:第一聚光透鏡
12:探針電流調整透鏡
13:孔徑透鏡陣列
14:分割射束匯聚透鏡
15‧‧‧像差產生透鏡 16‧‧‧色散軌道匯聚透鏡 17‧‧‧對物透鏡 18‧‧‧光圈 19‧‧‧匯聚輔助用旋轉對稱透鏡 21‧‧‧偏向器 22‧‧‧偏向器 23‧‧‧偏向器 24‧‧‧偏向器 25‧‧‧偏向器 26‧‧‧掃描偏向器 30‧‧‧維因濾波器 31‧‧‧晶圓 41‧‧‧電磁偶極子 42‧‧‧電磁4極子 51‧‧‧構成維因濾波器之電磁極 52‧‧‧構成維因濾波器之電磁極 53‧‧‧構成維因濾波器之電磁極 54‧‧‧構成維因濾波器之電磁極 61‧‧‧像散調整用多軌道匯聚透鏡 62‧‧‧展開角調整用透鏡 63‧‧‧多射束間間隔調整透鏡 71‧‧‧像散校正線圈 101‧‧‧偏向像差修正器 201‧‧‧光軸 301‧‧‧通過維因濾波器的一次電子 a‧‧‧晶圓上的分割射束到達點 b‧‧‧晶圓上的分割射束到達點 P1‧‧‧交叉點 P2‧‧‧交叉點 P3‧‧‧交叉點 P4‧‧‧透鏡的焦點 P5‧‧‧對物透鏡的前側焦點 G1‧‧‧分割射束的中心軌道的交叉點 G2‧‧‧分割射束的中心軌道的交叉點 G3‧‧‧分割射束的中心軌道的交叉點
[圖1] 多射束照射裝置的一例示意圖(實施例1)。 [圖2] 被分割的一次電子軌道的說明圖(實施例1)。 [圖3] 展開角相異的一次電子軌道的說明圖(實施例1)。 [圖4] 被分割的一次電子的中心軌道的說明圖(實施例1)。 [圖5] 偏向所造成之視野移動時的偏向軌道的說明圖(實施例1)。 [圖6] 因偏向而發生之色散軌道的說明圖(實施例1)。 [圖7] 將被分割的一次電子的中心軌道與偏向軌道加相之軌道示意圖(實施例1)。 [圖8] 多射束照射裝置的一例示意圖(實施例2)。 [圖9] 像差產生用維因濾波器說明圖。 [圖10] 像差產生用維因濾波器的截面圖。 [圖11] 被分割的一次電子軌道的說明圖(實施例2)。 [圖12] 展開角相異的一次電子軌道的說明圖(實施例2)。 [圖13] 被分割的一次電子的中心軌道的說明圖(實施例2)。 [圖14] 偏向所造成之視野移動時的偏向軌道的說明圖(實施例2)。 [圖15] 因偏向而發生之色散軌道的說明圖(實施例2)。 [圖16] 將被分割的一次電子的中心軌道與偏向軌道加相之軌道示意圖(實施例2)。 [圖17] 多射束照射裝置的一例示意圖(實施例3)。 [圖18] 多射束照射裝置的一例示意圖(實施例4)。 [圖19] 多射束照射裝置的一例示意圖(實施例5、6)。 [圖20] 多射束照射裝置的一例示意圖(實施例7)。 [圖21] 孔徑透鏡陣列的構造說明圖。
1‧‧‧電子源
2‧‧‧一次電子(電子束)
3a‧‧‧被分割的一次電子的中心軌道
3b‧‧‧被分割的一次電子的中心軌道
11‧‧‧第一聚光透鏡
12‧‧‧探針電流調整透鏡
13‧‧‧孔徑透鏡陣列
14‧‧‧分割射束匯聚透鏡
15‧‧‧像差產生透鏡
16‧‧‧色散軌道匯聚透鏡
17‧‧‧對物透鏡
18‧‧‧光圈
21‧‧‧偏向器
22‧‧‧偏向器
23‧‧‧偏向器
24‧‧‧偏向器
25‧‧‧偏向器
31‧‧‧晶圓
101‧‧‧偏向像差修正器
201‧‧‧光軸
a‧‧‧晶圓上的分割射束到達點
b‧‧‧晶圓上的分割射束到達點
P1‧‧‧交叉點
P2‧‧‧交叉點
P3‧‧‧交叉點

Claims (11)

  1. 一種射束照射裝置，其特徵為，具備： 射束源，放出複數個射束；及 對物透鏡，對於試料將射束匯聚；及 第1透鏡，以透鏡主面位於對物透鏡的物點之方式配置，將入射的複數個射束朝向前述對物透鏡主面和光軸之交點偏向；及 第2透鏡，配置於比該第1透鏡還靠前述射束源側，將前述複數個射束匯聚至前述第1透鏡的主面；及 第3透鏡，配置於比該第2透鏡還靠前述射束源側，將前述複數個射束朝向前述第2透鏡的主面和光軸之交點偏向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之射束照射裝置，其中， 前述第2透鏡，為維因濾波器(Wien filter)。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之射束照射裝置，其中， 在比前述維因濾波器還靠射束源側、或試料側的至少一方，具備輔助維因濾波器的匯聚作用之輔助透鏡。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之射束照射裝置，其中， 前述第3透鏡，為電磁偶極子、或電磁4極子。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之射束照射裝置，其中， 第4透鏡，配置於比前述第3透鏡還靠前述射束源側，將前述複數個射束朝向光軸偏向；及 像散修正器，在藉由該第4透鏡而被偏向的前述複數個射束和光軸交叉之位置，修正像散；及 第5透鏡，在前述交叉的位置具有透鏡主面，使前述複數個射束匯聚至前述第3透鏡的透鏡主面。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之射束照射裝置，其中， 因應對前述試料施加負電壓之負電壓施加電源、及該負電壓施加電源的對於試料之負電壓的變化，來調整前述第5透鏡。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之射束照射裝置，其中， 具備掃描前述複數個射束之掃描偏向器、及調整前述複數個射束間的間隔之間隔調整透鏡、及控制該間隔調整透鏡之控制裝置，該控制裝置，因應前述掃描偏向器所致之掃描幅度，來控制前述間隔調整透鏡。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之射束照射裝置，其中， 放出前述複數個射束之射束源，具備：針尖(tip)，放出電子；及孔徑透鏡陣列，由複數個電極所構成，具有將從該針尖放出的射束分割成複數之複數個開口；及電源，對前述複數個電極的至少1者施加電壓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之射束照射裝置，其中， 前述複數個電極當中，配置於最靠前述針尖側之電極的前述開口的半徑，相對於其他的電極的開口的半徑，為一半以下。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之射束照射裝置，其中， 前述孔徑透鏡陣列，在比被施加前述電壓之電極還靠前述針尖側，具備被接地至大地之至少2個電極。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之射束照射裝置，其中， 在前述針尖與前述孔徑透鏡陣列之間，具備將從前述針尖放出的射束匯聚之第6透鏡、及將通過了該第6透鏡的射束進一步匯聚之第7透鏡，前述第6透鏡的匯聚點愈靠近前述針尖，則愈減弱前述第7透鏡的強度。
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