WO2012050018A1 - 電子ビーム装置 - Google Patents

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WO2012050018A1
WO2012050018A1 PCT/JP2011/072941 JP2011072941W WO2012050018A1 WO 2012050018 A1 WO2012050018 A1 WO 2012050018A1 JP 2011072941 W JP2011072941 W JP 2011072941W WO 2012050018 A1 WO2012050018 A1 WO 2012050018A1
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WO
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deflector
electron beam
deflection
electron
chromatic aberration
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PCT/JP2011/072941
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French (fr)
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早田　康成
健良 大橋
矢野　資
福田　宗行
範次 高橋
Original Assignee
株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/023—Means for mechanically adjusting components not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/153—Correcting image defects, e.g. stigmators
    • H01J2237/1534—Aberrations

Definitions

  • the present invention relates to an electron beam apparatus that can be used for inspection and measurement.
  • a scanning electron microscope (SEM) used for observation, inspection, and measurement of a sample using an electron beam accelerates electrons emitted from an electron source, and irradiates them by focusing them on the sample surface by electrostatic or electromagnetic lenses. This is called primary electrons. Secondary electrons and reflected electrons are generated from the sample by the incidence of primary electrons. By detecting these secondary electrons and reflected electrons while deflecting and scanning the electron beam, a scanned image of a fine pattern and composition distribution on the sample can be obtained. Further, an absorption current image can be formed by detecting electrons absorbed in the sample.
  • a desirable function in a scanning electron microscope is that a wide field of view can be scanned without significantly reducing the resolution of the electron beam.
  • semiconductors become finer, a two-dimensional high-speed inspection of a resist pattern has become necessary, and scanning with a wide field of view is required for expanding the inspection region and reducing shrinkage.
  • Patent Document 1 it is proposed in Patent Document 1 or Patent Document 2 to use an electro-optical element expressed as a so-called E ⁇ B in which an electromagnetic deflector and an electrostatic deflector are combined.
  • the E ⁇ B element is also used as an electron beam energy filter component and a secondary electron deflecting element, and is disclosed in Patent Document 3, Patent Document 4, Patent Document 5, Non-Patent Document 1, and the like.
  • a first object of the present invention is to provide an electron beam apparatus that can suppress response delay and parasitic aberration caused by deflection even when correcting deflection chromatic aberration, and can realize deflection in a wide field of view with high resolution.
  • a second object of the present invention is to provide an electron beam apparatus that can suppress manufacturing-induced parasitic aberrations and can realize deflection in a wide field of view with high resolution.
  • a third object of the present invention is to provide an electron beam apparatus in which an E ⁇ B element can be easily adjusted.
  • a fourth object of the present invention is to provide an electron beam apparatus capable of suppressing the parasitic aberration caused by deflection and the parasitic aberration caused by manufacturing.
  • an electromagnetic deflector above a deflector that defines an electron beam position on a sample, and an offset voltage having a smaller inner diameter than the electromagnetic deflector so as to overlap the electromagnetic deflector Providing an electrostatic deflector capable of applying
  • the electrostatic deflector also serves as an astigmatism corrector and a focus corrector, respectively. It is valid.
  • the present invention makes it possible to correct deflection chromatic aberration with high sensitivity and to reduce or correct parasitic aberrations, thereby enabling wide field deflection while maintaining high resolution.
  • FIG. 10 is an overall schematic diagram of an electron beam apparatus (scanning electron microscope) according to the present embodiment.
  • the electron beam 102 emitted from the electron gun 101 is imaged on the sample by the first condenser lens 103, the second condenser lens 130, and the objective lens 108. Secondary electrons and reflected electrons 104 emitted from the sample are detected by a detector 105 in the middle.
  • the electron beam on the sample is scanned two-dimensionally by the objective deflector 106, and as a result, a two-dimensional image can be obtained.
  • the two-dimensional image is displayed on the display device 119.
  • the electromagnetic deflector 1023 and the electrostatic deflector 122 for suppressing the deflection chromatic aberration are concentrically above the objective deflector 106 and the second condenser lens 130 that define the position on the sample. And are arranged so that the height positions from the sample overlap.
  • Reference numeral 109 is a sample
  • reference numeral 110 is a holder (stage)
  • reference numeral 111 is an electron gun controller
  • reference numeral 112 is a first condenser lens controller
  • reference numeral 114 is a scanning deflector controller
  • reference numeral 115 is an electromagnetic lens controller
  • Reference numeral 116 is a sample voltage control unit
  • reference numeral 117 is a storage device
  • reference numeral 118 is a control calculation unit for the entire apparatus
  • reference numeral 120 is an electromagnetic deflector control unit
  • reference numeral 121 is an electrostatic deflector control unit with an offset
  • reference numeral 131 is a second control unit.
  • the condenser lens control unit is shown.
  • FIG. 11 shows in detail a part of the electron optical configuration in the scanning electron microscope.
  • the deflection chromatic aberration correction element 207 includes an electromagnetic deflector 1116 and an electrostatic deflector 206.
  • the magnetic field of the electromagnetic deflector 1116 orthogonal to the magnetic field of the electrostatic deflector 206, it is possible to generate deflection chromatic aberration while maintaining the position of the electron beam generally.
  • the objective deflector 210 defines the position of the electron beam on the sample, and generates deflection chromatic aberration with the deflection.
  • each deflector of the deflection chromatic aberration correction element 207 is also a deflector capable of two-dimensional deflection.
  • Reference numeral 201 denotes an electron source
  • reference numeral 202 denotes a ground electrode
  • reference numeral 208 denotes an electron orbit for only electromagnetic deflection
  • reference numeral 209 denotes an electron orbit for only electrostatic deflection
  • reference numeral 211 denotes secondary electrons and reflected electrons
  • reference numeral 212 denotes a detector.
  • Reference numeral 213 denotes an objective lens
  • reference numeral 214 denotes a condenser lens
  • reference numeral 215 denotes a sample.
  • Fig. 12 shows a top view around the deflector.
  • the electrostatic deflector 206 is disposed inside the electromagnetic deflector 1116, and the electron beam is decelerated by applying a voltage offset to the electrostatic deflector 206. ing.
  • the electrostatic deflector 206 is preferably arranged concentrically with the electromagnetic deflector 1116. The superior point of this method is that the electromagnetic deflector 1116 and the electrostatic deflector 206 are separated.
  • the electromagnetic deflector 1116 can be disposed outside the vacuum, and deterioration of the vacuum degree due to degassing from the electromagnetic coil 1201 used in the electromagnetic deflector 1116 and charge-up due to the non-conductive ferrite 1202 are avoided. I can do it. Further, the electromagnetic deflector 1116 can be driven at a ground level potential. On the other hand, the relative deflection directions of both deflectors are susceptible to mechanical errors, but geometrical aberrations (parasitic aberrations) associated with the mechanical errors are corrected by making the electrostatic deflector 206 octupole. Is possible.
  • the electrostatic deflector 206 is an octupole deflector in which electrodes are arranged on the circumference. By arranging the electrodes on the circumference, the offset voltage of the electrostatic deflector 206 and the potential of the electron beam are matched as much as possible. I am letting.
  • a ground electrode 202 is inserted between the electrostatic deflector 206 and the electromagnetic deflector 1116. The ground electrode 202 serves to stabilize the potential above and below the electrostatic deflector and also serves as a vacuum partition for maintaining a vacuum in the electron beam path.
  • the electromagnetic deflector 1116 is cosine wound to reduce the multipole field. Cosine winding itself for reducing the multipole field is a conventional technique.
  • the cosine wound electromagnetic deflector 1116 is different from the octupole electrostatic deflector 206 in the geometrical symmetry.
  • the electromagnetic deflector 1116 of this embodiment employs cosine winding that generates only dipole components, and the electrostatic deflector 206 is an octupole deflector capable of correcting geometric aberration (parasitic aberration) that can generate multipole components. Adopted. This is important for reducing the geometrical aberration that occurs with the cancellation of deflection chromatic aberration.
  • cylindrical electrodes (upper control electrode 203 and lower control electrode 204) capable of applying a voltage are arranged above and below the electrostatic deflector 206, and the offset of the electrostatic deflector 206 is arranged.
  • a voltage equivalent to the voltage is applied.
  • a deflection voltage and an offset voltage are applied to the electrostatic deflector.
  • the effect of this electrode is to enlarge the deceleration region of the electron beam.
  • the deflecting electric field of the electrostatic deflector 206 oozes up and down the deflector. Therefore, in order to decelerate the electron beam in the upper and lower regions to the equivalent of the offset voltage, it is necessary to further dispose the control electrodes above and below.
  • the length of the deflection electric field oozing depends on the inner diameter of the electrostatic deflector, and the deceleration effect can be ensured by making the length of the electrode longer than the inner diameter. This is important in order to improve the accuracy of canceling out the orbit change of the electron beam by the electromagnetic deflector and the orbit change of the electron beam by the electrostatic deflector. Accordingly, it is desirable that the voltage applied to the control electrodes in the vertical direction is approximately the same as the offset voltage applied to the electrostatic deflector 206. In addition, the deceleration and acceleration of the electron beam cause an electrostatic lens effect.
  • FIG. 8 illustrates the spread of the electron beam in the electron microscope according to the present embodiment.
  • the sensitivity of deflection chromatic aberration correction greatly depends on the distance between the deflection chromatic aberration correction element (electrostatic deflector 122, electromagnetic deflector 1023) and the crossover position.
  • the position of the second crossover 802 changes depending on, for example, the energy of the electron beam 102 used for observing the sample 109 in order to optimize the characteristics of the objective lens 108. Therefore, the deflection chromatic aberration correcting elements (electrostatic deflector 122 and electromagnetic deflector 1023) are further arranged above the upper first crossover 801 so that the characteristics of the deflection chromatic aberration correcting element do not change greatly.
  • the electromagnetic deflector 1023 and the electrostatic deflector 122 are disposed above the lens (second condenser lens 130) above the objective deflector 106 that defines the electron beam position.
  • Increasing the sensitivity of deflection chromatic aberration correction eliminates the need for a high voltage source or a large current source, and improves response delay during deflection-dependent dynamic correction.
  • Electromagnetic deflector power supply 1301 and electrostatic deflector power supply with offset 402 are given a predetermined intensity to each deflector, and the electron source power supply 407 changes the position of the electron beam when the voltage of the electron source 101 is changed by a minute amount. Measure. Thereby, the correction capability in the deflection chromatic aberration correction element (electrostatic deflector 206, electromagnetic deflector 1116) can be evaluated.
  • the evaluation can be performed by measuring the change in the position of the electron beam when the strength of the electromagnetic deflector power supply 1301 and the electrostatic deflector power supply 402 is changed by a minute ratio.
  • the same evaluation can be used for the deflection chromatic aberration characteristics in the objective deflector 210, and by measuring changes in the deflection amount (scanning magnification) and deflection direction (scanning area rotation) of the deflector that defines the position. Can be evaluated. From these data, the deflection by the objective deflector 210 and the operation of the deflection chromatic aberration element can be linked.
  • Reference numeral 213 denotes an objective lens
  • reference numeral 404 denotes an objective deflector power source
  • reference numeral 405 denotes an objective lens power source
  • reference numeral 406 denotes a digital control system.
  • ⁇ 2 kV was applied as an offset voltage to the electron source voltage ⁇ 3 kV.
  • an electrostatic deflector that can apply an offset voltage having an inner diameter smaller than that of the electromagnetic deflector so as to overlap with the electromagnetic deflector above the deflector that defines the position of the electron beam on the sample.
  • an electron beam apparatus that can suppress response lag and parasitic aberration caused by deflection even when correcting deflection chromatic aberration, and can realize deflection in a wide field of view with high resolution.
  • an electron beam apparatus that allows easy adjustment of a deflection chromatic aberration correction element (E ⁇ B element) by disposing an electromagnetic deflector and an electrostatic deflector above a lens above an objective deflector that defines an electron beam position. Can be provided.
  • an electron beam apparatus capable of suppressing parasitic aberrations caused by deflection and manufacturing-induced parasitic aberrations by having means for automatically measuring changes in deflection amount (scanning magnification) and deflection direction (scanning region rotation). be able to.
  • FIG. 1 is a schematic overall configuration diagram of an electron beam apparatus (scanning electron microscope) according to the present embodiment.
  • This embodiment is different from the first embodiment in that the electromagnetic deflector 123 constituting the deflection chromatic aberration correcting element has two stages.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view of an essential part for explaining an electron optical configuration in the scanning electron microscope according to the present embodiment.
  • the deflection chromatic aberration correction element 207 has two electromagnetic deflectors 216 and 217 and an electrostatic deflector 206.
  • symbol as FIG. 11 shows the same structure.
  • the effect that the electromagnetic deflectors (the upper electromagnetic deflector 216 and the lower electromagnetic deflector 217) are in two stages is that the deflection fulcrum can be adjusted. If the deflection fulcrums of the electromagnetic deflector and the electrostatic deflector do not coincide with each other, the electron trajectory is deviated inside the deflection chromatic aberration correcting element, and geometric aberration (parasitic aberration) increases. Even if the positions of the electromagnetic deflector and the electrostatic deflector are made coincident with each other by design, an actual deflection fulcrum does not coincide because an error in processing or assembly occurs. Therefore, it is desirable that either the electromagnetic deflector or the electrostatic deflector has two stages.
  • FIG. 3 shows a top view of the deflection chromatic aberration correcting element.
  • an octupole deflector is used for electrostatic deflection.
  • a beam position measurement mark 410 is provided as a reference mark.
  • the electron source power supply 407 changes the voltage of the electron source by a minute amount. The change in the position of the electron beam is measured. Thereby, the correction capability in the deflection chromatic aberration correction element can be evaluated.
  • the evaluation can also be performed by measuring the change in the position of the electron beam when the intensity of the upper electromagnetic deflector power source 401, the lower electromagnetic deflector power source 403, and the electrostatic deflector power source 402 is changed by a minute ratio.
  • the same evaluation can be used for the deflection chromatic aberration characteristics in the objective deflector 210, and by measuring changes in the deflection amount (scanning magnification) and deflection direction (scanning area rotation) of the deflector that defines the position. Can be evaluated. From these data, the deflection by the objective deflector and the operation of the deflection chromatic aberration element can be linked.
  • the upper and lower stage strength and deflection of the electromagnetic deflection so that it passes through the center of the objective lens with the movement amount of each deflection on the sample offset. The orientation is adjusted.
  • ⁇ 2 kV was applied as an offset voltage to the electron source voltage ⁇ 3 kV.
  • the third embodiment will be described with reference to FIG. Note that the matters described in the first embodiment or the second embodiment but not described in the present embodiment can also be applied to the present embodiment unless there are special circumstances.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of an essential part for explaining the electron optical configuration of the electron beam apparatus (scanning electron microscope) according to the present embodiment.
  • the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same configurations.
  • the overall configuration of the scanning electron microscope is substantially the same as that of the first or second embodiment. The difference from these is that, in this embodiment, the electrostatic deflector has two stages of an upper stage electrostatic deflector 502 and a lower stage electrostatic deflector 503, and the electromagnetic deflector 501 has one stage.
  • the effect is that the deflection fulcrums can be matched.
  • ⁇ 2 kV was applied as an offset voltage to the electron source voltage ⁇ 3 kV.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of an essential part for explaining the electron optical configuration of the electron beam apparatus (scanning electron microscope) according to the present embodiment.
  • the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same configurations.
  • the overall configuration of the scanning electron microscope is substantially the same as that of the first or second embodiment.
  • the feature (difference) of this embodiment is that a voltage application electrode 602 is provided instead of the ground electrode.
  • the purpose is to accelerate the electron beam in a region other than the deflection chromatic aberration correction element 207. This has the effect of strengthening the electron beam trajectory from disturbance.
  • the offset voltage applied to the electrostatic deflector 206 needs to be determined in consideration of the voltage applied to the voltage application electrode, and is determined in consideration of both the correction sensitivity and the electrostatic lens effect.
  • the electron source voltage is -2 kV, +2 kV is applied to the voltage application electrode, and -1 kV is applied to the electrostatic deflector.
  • the electrostatic lens effect is larger than that of the first embodiment, the stability of the electron beam trajectory in the region other than the deflection chromatic aberration correcting element is increased.
  • the deflection chromatic aberration can be corrected, and a large area can be imaged without moving the stage.
  • the throughput in multipoint measurement was improved by 80% or more, and the length measurement reproducibility was improved by 0.1 nm.
  • the same effects as in the second embodiment can be obtained in this embodiment. Further, by providing a voltage application electrode between the electromagnetic deflector and the electrostatic deflector, the electron beam in the region other than the deflection chromatic aberration correction element can be accelerated, and the electron beam trajectory can be strengthened from disturbance. it can.
  • the fifth embodiment will be described with reference to FIG. Note that the matters described in any one of the first to fourth embodiments but not described in the present embodiment can be applied to the present embodiment as long as there are no special circumstances.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of an essential part for explaining the electron optical configuration of the electron beam apparatus (scanning electron microscope) according to the present embodiment.
  • the same reference numerals as those in FIG. 2 indicate the same configurations.
  • the feature of this embodiment is that the electrostatic deflector 701 serves as a focus corrector and an astigmatism corrector.
  • the geometrical aberrations parasite aberrations
  • coma cannot be corrected, but field curvature (focal deviation) and astigmatism can be corrected by using an appropriate optical element.
  • the deceleration electric field produces an electrostatic lens effect. Therefore, focus correction can be performed by controlling the electrostatic lens effect.
  • the focal point on the sample can be changed by 10 ⁇ m by setting the offset voltage of ⁇ 3 kV to ⁇ 3.01 kV. This is because the focus sensitivity is improved due to the presence of the offset voltage, and when there is no offset voltage, an order of magnitude voltage is required for the same focus correction. That is, it can be seen that decelerating the electron beam is an effective means for simultaneously correcting the deflection chromatic aberration and the focus. In this case, since it is effective to perform correction at a large potential change, it is effective to change the offset voltage of the upper and lower control electrodes 703 and 704, that is, to use as a control electrode and focus corrector.
  • the electrostatic deflector is formed of eight-pole electrodes.
  • a voltage can be superimposed on these electrodes so that an electric field having a quadrupole symmetry is generated, and astigmatism due to the quadrupole field can be corrected.
  • coma aberration correction caused by the hexapole field can be corrected by applying a voltage so that an electric field having hexapole symmetry is generated on these electrodes.
  • the voltage applied to the eight electrodes is as follows.
  • the optical element in this embodiment it is possible to correct not only deflection chromatic aberration but also geometric aberration (parasitic aberration) such as field curvature and astigmatism.
  • the geometric aberration correction function can correct not only the geometric aberration generated by the deflection chromatic aberration correction element itself but also the curvature of field and astigmatism generated by the deflection that defines the beam position on the sample at the subsequent stage. This is extremely effective for realizing deflection with a wide field of view, which is an object of the present invention, with high resolution.
  • FIG. 9 is an electron trajectory diagram for explaining the spread of the electron beam in the scanning electron microscope according to the present embodiment.
  • the same reference numerals as those in FIG. 8 indicate the same configurations.
  • the sensitivity of the deflection chromatic aberration correcting element greatly depends on the distance from the first crossover 801. Therefore, in this embodiment, the distance from the first crossover 801 is fixed by using three condenser lenses. That is, the change of the crossover position depending on the electron beam voltage and the opening angle applied to the sample can be dealt with only by the change of the second crossover 802 position and the third crossover 902 position.
  • ⁇ 2 kV was applied as an offset voltage to the electron source voltage ⁇ 3 kV.
  • three aberrations of deflection chromatic aberration, curvature of field, and astigmatism caused by deflection on the sample were corrected.
  • the sample was scanned to a size of 150 ⁇ m square on the sample using the objective deflector, it was possible to maintain high resolution in the obtained image, and it was possible to image a large area without moving the stage. This improved the throughput in multipoint measurement by 120% or more.
  • the same effects as in the second embodiment can be obtained in this embodiment. Further, since the electrostatic deflector serves as the focus corrector and the astigmatism corrector, focus correction and astigmatism correction can be performed in the deflection chromatic aberration correction element. Also, by fixing the distance between the deflection chromatic aberration correction element and the crossover position, the sensitivity of the deflection chromatic aberration correction element can be made constant.
  • the present invention relates to the basic characteristics of an electron beam apparatus, and is not limited to a scanning electron microscope.
  • the present invention is not limited to a scanning electron microscope. It can be widely applied to electron beam devices such as observation in the field of view.
  • FIG. 14 is a diagram in which the spread of the electron beam is added to FIG. 10, and FIG. 15 shows the electron optical system in this embodiment.
  • the electron beam 102 emitted from the electron gun is imaged by the first condenser lens 103 and the deflection chromatic aberration correction element.
  • the deflection chromatic aberration correction element acts as an electrostatic lens. Accordingly, in FIG. 10, an image is formed by the two lenses of the first condenser lens 103 and the deflection chromatic aberration correction element.
  • the image is formed only by the deflection chromatic aberration correcting element.
  • the offset voltage By adjusting the offset voltage, it is possible to improve the deflection chromatic aberration correction sensitivity and form the second intermediate image plane 1402, and to simplify the electron optical system.
  • the deflection chromatic aberration correction sensitivity and the intermediate image plane position are formed. Can be adjusted independently.
  • the deflection chromatic aberration correction element also serves as an electrostatic lens for forming an intermediate image, whereby the electron optical system can be simplified.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes various modifications.
  • the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described.
  • a part of the configuration of a certain embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of a certain embodiment.
  • an electron beam apparatus for obtaining an image of the sample based on a secondary electron signal, reflected signal electron or absorbed electron signal generated from the sample,
  • An electromagnetic deflector disposed closer to the electron beam source than the deflector with respect to the sample, and the electromagnetic deflector are separated from each other and have a smaller inner diameter than the electromagnetic deflector and a height position from the sample is the electromagnetic
  • An electron beam apparatus further comprising a deflection chromatic aberration correction element including an electrostatic deflector disposed inside so as to overlap with the deflector and capable of applying an offset voltage.
  • the electron beam apparatus according to (1) wherein the electrostatic deflector of the deflection chromatic aberration correcting element also serves as a focus corrector.
  • An electron source and a deflector for defining the position of the electron beam emitted from the electron source on the sample, and being irradiated with the electron beam whose position is defined by the deflector
  • An electron beam apparatus for obtaining an image of the sample based on a secondary electron signal generated from the sample, a reflected signal electron or an absorbed electron signal,
  • An electrostatic deflector disposed closer to the electron beam source than the deflector with respect to the sample, and an inner diameter larger than the electrostatic deflector so that a height position from the sample overlaps the electrostatic deflector.
  • a deflection chromatic aberration correction element including an electromagnetic deflector disposed inside One of the electrostatic deflector and the electromagnetic deflector of the deflection chromatic aberration correcting element is configured in two stages.
  • the deflection chromatic aberration correction element is a deflection fulcrum when a deflector constituted by two stages of the electrostatic deflector or the electromagnetic deflector is interlocked.
  • the electron beam apparatus is characterized in that the intensity ratio and the deflection direction of the two-stage deflector are adjusted so that the deflection fulcrum of the other deflector coincides with that of the other deflector.
  • the electron beam apparatus according to (1) or (4) wherein the electrostatic deflector of the deflection chromatic aberration correction element also serves as a quadrupole aberration corrector or a hexapole aberration corrector. apparatus.
  • a voltage can be applied to the upper and lower sides of the electrostatic deflector of the deflection chromatic aberration correction element, and upper and lower electrodes longer than an inner diameter of the electrostatic deflector.
  • the electron beam apparatus further comprising: (8) In the electron beam apparatus according to (1) or (4), a grounded conductor or an electrode capable of applying a voltage is provided between the electrostatic deflector and the electromagnetic deflector of the deflection chromatic aberration correction element.
  • An electron beam apparatus further comprising: (9) In the electron beam apparatus according to (1) or (4), the total length of the electrostatic deflector and the upper and lower electrodes is longer than a total length of the electromagnetic deflector of the deflection chromatic aberration correction element.
  • An electron beam device characterized by the above.
  • a lens is further disposed between the deflector that defines the electron beam position on the sample and the deflection chromatic aberration correction element.
  • An electron beam apparatus characterized by that. (11) An electron source, a deflector that defines the position of the electron beam emitted from the electron source on the sample, and the electron beam whose position is defined by the deflector are irradiated from the sample.
  • An electromagnetic deflector disposed closer to the electron beam source than the deflector with respect to the sample, and the electromagnetic deflector are separated from each other and have a smaller inner diameter than the electromagnetic deflector and a height position from the sample is the electromagnetic A deflection chromatic aberration correction element that includes an electrostatic deflector that is arranged inside so as to overlap with the deflector and to which an offset voltage can be applied; A change in the position of the electron beam when the voltage of the electron source or the intensity of each of the electromagnetic deflector and the electrostatic deflector of the deflection chromatic aberration correction element is simultaneously minutely changed, or the deflection amount of the deflector An electron beam apparatus further comprising means for automatically measuring a change in the deflection direction or both.
  • 101-electron gun (electron source), 102-electron beam, 103-first condenser lens, 104-2 secondary and reflected electrons, 105-detector, 106-objective deflector, 108-objective lens, 109-sample, 110-holder (stage), 111-electron gun controller, 112-first condenser lens controller, 114-scanning deflector controller, 115-electromagnetic lens controller, 116-sample voltage controller, 117-storage device, 118—Control unit for the entire apparatus, 119—Display device, 120—Electromagnetic deflector controller, 121—Electrostatic deflector controller with offset, 122—Electrostatic deflector, 123—Electromagnetic deflector, 130—Second Condenser lens 131-second condenser lens controller 201-electron source 202-ground electrode 203-upper control electrode 204-lower control electrode 206-electrostatic Deflect

Abstract

本発明は、電子源（１０１）と対物偏向器（１０６）を備え、電子ビーム（１０２）が照射されることにより試料（１０９）から発生する２次電子等（１０４）の信号に基づいて画像を得る電子ビーム装置において、前記対物偏向器より前記電子源側に配置された電磁偏向器（１２３）と、前記電磁偏向器よりも内径が小さく、前記試料からの高さ位置が前記電磁偏向器と重なるように前記電磁偏向器の内側に配置され、オフセット電圧印加可能な静電偏向器（１２２）とを含む偏向色収差補正素子を有することを特徴とする。これにより、偏向起因の幾何収差（寄生収差）を抑制でき、広い視野での偏向を高分解能で実現することのできる電子ビーム装置を提供することができるようになった。

Description

電子ビーム装置
　本発明は、検査・計測に用いることのできる電子ビーム装置に関する。
　電子ビームを用いた試料の観察・検査・計測に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、電子源から放出された電子を加速し、静電や電磁レンズによって試料表面上に収束させて照射する。これを１次電子と呼んでいる。１次電子の入射によって試料からは２次電子や反射電子が発生する。これら２次電子や反射電子を、電子ビームを偏向して走査しながら検出することで、試料上の微細パターンや組成分布の走査画像を得ることができる。また、試料に吸収される電子を検出することで、吸収電流像を形成することも可能である。
　走査電子顕微鏡において望ましいとされる機能として、電子ビームの分解能の大幅な低下を招くことなく広い視野の走査を行えることが挙げられる。半導体の微細化が進むに従いレジストパターンの２次元高速検査が必要となってきており、検査領域の拡大やシュリンクの低減などに広い視野の走査が必要となって来ている。
　これらの目的を達成するためには電子ビームの偏向により生じる偏向色収差を低減する必要がある。これを実現する方法として、特許文献１や特許文献２に電磁偏向器と静電偏向器を組み合わせたいわゆるＥ×Ｂと表現される電子光学素子を用いることが提案されている。Ｅ×Ｂ素子は電子ビームのエネルギーフィルターの部品や２次電子の偏向素子としても使われおり、特許文献３、特許文献４、特許文献５、非特許文献１などに開示されている。
特許第０３９３２８９４号公報 特開２００１－１５０５５号公報 特開２００１－２３５５８号公報 特開２００７－３５３８６号公報 特開２００６－２７７９９６号公報
Rev. Sci. Instrum. , Vol.64, No.3, March 1993 p659 - p666
　しかし、これら従来技術でＥ×Ｂ素子を偏向色収差補正に用いる際の以下の種々の課題については考慮されていない。すなわち、（１）偏向色収差の補正では電磁偏向と静電偏向の各々で大きく偏向するため、高電圧の電圧源や大電流の電流源が必要となり、偏向依存する動的な補正には応答遅れが課題となる。（２）偏向場が大きくなることで派生して生じる幾何収差（以下寄生収差と呼ぶ）が大きくなる。（３）機械的な製造組み立て誤差により、電磁偏向器と静電偏向器の偏向支点が一致せず、（２）と同様に寄生収差が発生する。（４）高い補正精度の要求を満たすＥ×Ｂ素子の調整手段が確立していない。
　本発明の第１の目的は、偏向色収差の補正を行っても、応答遅れや偏向起因の寄生収差を抑制でき、広い視野での偏向を高分解能で実現することのできる電子ビーム装置を提供することにある。  
　本発明の第２の目的は、製造起因の寄生収差を抑制でき、広い視野での偏向を高分解能で実現することのできる電子ビーム装置を提供することにある。  
　本発明の第３の目的は、Ｅ×Ｂ素子の調整が容易な電子ビーム装置を提供することにある。  
　本発明の第４の目的は、偏向起因の寄生収差及び製造起因の寄生収差を抑制することのできる電子ビーム装置を提供することにある。
　上記第１の目的を達成するために、（１）試料上での電子ビーム位置を規定する偏向器の上方に電磁偏向器と、電磁偏向器と重なるように電磁偏向器より内径の小さなオフセット電圧の印加が可能な静電偏向器を設けること、
  上記第２の目的を達成するために、（２）電磁偏向器若しくは静電偏向器のどちらかを２段とすること、
  上記第３の目的を達成するために、（３）電子ビーム位置を規定する対物偏向器の上方のレンズより上方に電磁偏向器と静電偏向器を配置すること、
  上記第４の目的を達成するために、（４）各々の偏向器の強度を同時に微小変化させるか、電子源の電圧を微小変化させた際の、ビームの位置の変化や位置を規定する偏向器の偏向量（走査倍率）と偏向方向（走査領域の回転）の変化を自動計測する手段を有すること、或いは（５）静電偏向器が非点補正器や焦点補正器を兼ねることがそれぞれ有効である。
　本発明により偏向色収差の高感度の補正、と寄生収差の低減や補正が可能となり、高分解能を維持したままの広視野偏向が可能となる。
第２の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の概略全体構成図である。 第２の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。 第２の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）における偏向色収差補正素子の上面図である。 第２の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）における電子光学構成の調整手段を説明するための概略要部断面図である。 第３の実施例に係る走査電子顕微鏡の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。 第４の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。 第５の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。 第１の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）における電子ビームの広がりを説明するための電子軌道図である。 第５の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）における電子ビームの広がりを説明するための電子軌道図である。 第１の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の概略全体構成図である。 第１の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。 第１の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）における偏向色収差補正素子の上面図である。 第１の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）における電子光学構成の調整手段を説明するための概略要部断面図である。 第１の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の概略全体構成と電子ビームの広がりを説明するための図である。 第６の実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の概略全体構成図である。
以下、実施例により説明する。
　第１の実施例について、図８、図１０～図１３を用いて説明する。図１０は、本実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の全体概略図である。電子銃１０１から放出された電子ビーム１０２は第１コンデンサレンズ１０３と第２コンデンサレンズ１３０と対物レンズ１０８により試料上に結像される。試料から放出される２次電子や反射電子１０４は中間にある検出器１０５により検出される。試料上の電子ビームは対物偏向器１０６により２次元に走査され、結果として２次元画像を得ることが出来る。２次元画像は表示装置１１９に表示される。本実施例に係る走査電子顕微鏡において偏向色収差を抑制するための電磁偏向器１０２３と静電偏向器１２２は試料上の位置を規定する対物偏向器１０６及び第２コンデンサレンズ１３０より上方に、同心円状で試料からの高さ位置が重なるように配置されている。なお、符号１０９は試料、符号１１０はホルダー（ステージ）、符号１１１は電子銃制御部、符号１１２は第１コンデンサレンズ制御部、符号１１４は走査偏向器制御部、符号１１５は電磁レンズ制御部、符号１１６は試料電圧制御部、符号１１７は記憶装置、符号１１８は装置全体の制御演算部、符号１２０は電磁偏向器制御部、符号１２１はオフセット付き静電偏向器制御部、符号１３１は第２コンデンサレンズ制御部を示す。
　また、図１１は走査電子顕微鏡内の電子光学構成の１部を詳しく図示したものである。図１１に示すように偏向色収差補正素子２０７は電磁偏向器１１１６と静電偏向器２０６を有している。電磁偏向器１１１６の磁場と静電偏向器２０６の磁場を直交させることにより、電子ビームの位置をおおむね維持しながら偏向色収差を発生させることが出来る。一方、対物偏向器２１０は試料上の電子ビームの位置を規定するものであり、偏向にともない偏向色収差を発生させる。従って、対物偏向器２１０の動作と連動して偏向色収差素子２０７の各偏向器を動作させることで偏向色収差を相殺することが可能である。試料上での電子ビームの偏向は２次元に行うので、偏向色収差補正素子２０７の各偏向器も２次元偏向が可能な偏向器である。
　しかし、偏向色収差を発生させるためには各偏向器の偏向量を大きくする必要がある。そのためには電磁偏向器１１１６の駆動電流や静電偏向器２０６の駆動電圧を大きくしなければならない。更に、対物偏向器２１０と連動させるためにこれらの駆動は高速高精度で行う必要がある。従って、駆動電圧や駆動電流を小さくする、すなわち偏向感度を向上させる、ことが必須となる。また、それぞれの偏向器に必要な偏向量を小さくすることは偏向による幾何収差（寄生収差）を低減することにもなり、２重に利点を得ることが出来る。なお、符号２０１は電子源、符号２０２はアース電極、符号２０８は電磁偏向のみの電子軌道、符号２０９は静電偏向のみの電子軌道、符号２１１は２次電子や反射電子、符号２１２は検出器、符号２１３は対物レンズ、符号２１４はコンデンサレンズ、符号２１５は試料を示す。
　図１２に偏向器周辺の上面図を示す。本実施例に係る走査電子顕微鏡の電子光学系の構造では、電磁偏向器１１１６の内側に静電偏向器２０６を配置し、静電偏向器２０６に電圧のオフセットを加えることによって電子ビームを減速している。なお、静電偏向器２０６は電磁偏向器１１１６と同心円状に配置することが望ましい。本方式の優れた点は、電磁偏向器１１１６と静電偏向器２０６が分離されていることにある。これにより、電磁偏向器１１１６を真空外に配置することが可能であり、電磁偏向器１１１６に用いられる電磁コイル１２０１からの脱ガスによる真空度の劣化や非導電性のフェライト１２０２によるチャージアップを回避することが出来る。また、電磁偏向器１１１６はアースレベルの電位での駆動が可能となる。一方、両者の偏向器の相対的な偏向方向が機械的な誤差を受けやすくなるが、機械的誤差に伴う幾何収差（寄生収差）は静電偏向器２０６を８極化することで補正することが可能となる。
　静電偏向器２０６は円周上に電極が配置された８極偏向器であり、円周上に電極を配置することで、静電偏向器２０６のオフセット電圧と電子ビームの電位を出来るだけ一致させている。また、静電偏向器２０６と電磁偏向器１１１６の間にアース電極２０２が挿入されている。このアース電極２０２は静電偏向器上下での電位の安定化を果たすとともに、電子ビーム通路の真空を維持するための真空隔壁の役割も担っている。なお、電磁偏向器１１１６は多極子場の低減のためにコサイン巻きとしている。多極子場の低減のためにコサイン巻きとすること自体は慣用技術である。コサイン巻き電磁偏向器１１１６は、８極静電偏向器２０６と幾何学的な構造の対称性が異なる。本実施例の電磁偏向器１１１６では２極子成分のみ生成するコサイン巻きを採用し、静電偏向器２０６は多極子成分生成が可能な幾何収差（寄生収差）の補正が可能な８極偏向器を採用した。このことは偏向色収差の相殺に伴い生じる幾何収差の低減に重要である。
　更に、図１１に示すように、静電偏向器２０６の上下に電圧印加が可能な円筒状の電極（上部制御電極２０３、下部制御電極２０４）が配置されており、静電偏向器２０６のオフセット電圧と同等の電圧を印加している。なお、言うまでもないが、静電偏向器には偏向電圧とオフセット電圧とが印加される。この電極の効果は電子ビームの減速領域を拡大することにある。静電偏向器２０６の偏向電場は偏向器の上下に染み出している。従って、上下の領域での電子ビームをオフセット電圧相当に減速するためには、更に上下に制御電極を配置する必要がある。偏向電場の染み出しの長さは静電偏向器の内径に依存し、電極の長さを内径より長くすることで減速効果を確実なものとすることが出来る。このことは電磁偏向器による電子ビームの軌道変化と静電偏向器による電子ビームの軌道変化を相殺する精度を向上させるためにも重要となる。従って、上下に制御電極に印加する電圧は静電偏向器２０６に印加するオフセット電圧とおおそよ同じになることが望ましい。また、電子ビームの減速や加速は静電レンズ効果を引き起こす。従って、静電レンズ領域と静電偏向領域を分離し、幾何収差（寄生収差）を低減するためにも長い制御電極を上下に設置することが重要である。同様に電磁偏向器１１１６の磁場の染み出しも考慮する必要があり、電磁偏向器１１１６の合計の長さより静電偏向器２０６と上部制御電極２０３、下部制御電極２０４の長さの合計が長いことが必要である。
　図８は本実施例に係る電子顕微鏡における電子ビームの広がりを図示したものである。偏向色収差補正の感度は偏向色収差補正素子（静電偏向器１２２、電磁偏向器１０２３）とクロスオーバー位置との距離に大きく依存する。第２クロスオーバー８０２の位置は対物レンズ１０８の特性を最適化するために、例えば試料１０９の観察に用いる電子ビーム１０２のエネルギーにより、変化する。したがって、偏向色収差補正素子の特性が大きく変化しないように更に上部の第１クロスオーバー８０１の上方に偏向色収差補正素子（静電偏向器１２２、電磁偏向器１０２３）を配置した。言葉を変えれば、電子ビーム位置を規定する対物偏向器１０６の上方のレンズ（第２コンデンサレンズ１３０）より上方に電磁偏向器１０２３と静電偏向器１２２を配置することになる。偏向色収差補正の感度を高めることにより、高電圧の電圧源や大電流の電流源が不要となり、偏向依存する動的な補正時の応答遅れが改善される。
　次に、図１３にしたがって本実施例に係る走査電子顕微鏡における電子光学構成の調整手段を説明する。試料２１５上での電子ビーム位置を計測するために基準マークとしてビーム位置計測マーク４１０を設けてある。電磁偏向器電源１３０１、オフセット付き静電偏向器電源４０２に各々の偏向器に所定の強度を与え、電子源電源４０７で電子源１０１の電圧を微小量変化させたときの電子ビームの位置の変化を測定する。これにより偏向色収差補正素子（静電偏向器２０６、電磁偏向器１１１６）における補正能力を評価することが出来る。同様に電磁偏向器電源１３０１、静電偏向器電源４０２の強度を微小比率変化させたときの電子ビームの位置の変化を測定することでも評価が可能である。同様の評価は対物偏向器２１０での偏向色収差特性にも活用が可能であり、位置を規定する偏向器の偏向量（走査倍率）と偏向方向（走査領域の回転）の変化を測定することで評価できる。これらのデータから対物偏向器２１０による偏向と偏向色収差素子の動作を連動させることが可能となる。なお、符号２１３は対物レンズ、符号４０４は対物偏向器電源、符号４０５は対物レンズ電源、符号４０６はデジタル制御系を示す。
　本実施例では電子源電圧－３ｋＶに対してオフセット電圧として－２ｋＶを印加した。対物偏向器に連動して偏向収差補正素子（静電偏向器２０６、電磁偏向器１１１６）を作動させることにより、対物偏向器を用いて試料上で８０μｍ角の大きさにスキャンしても、得られた画像の分解能の劣化は低減することが出来た。結果として、ステージ移動無しで大面積の撮像が可能となり、多点寸法計測でのスループットが８０％以上向上した。
　以上説明したように、試料上での電子ビーム位置を規定する偏向器の上方に電磁偏向器と、電磁偏向器と重なるように電磁偏向器より内径の小さなオフセット電圧の印加が可能な静電偏向器を設けることにより、偏向色収差の補正を行っても、応答遅れや偏向起因の寄生収差を抑制でき、広い視野での偏向を高分解能で実現することのできる電子ビーム装置を提供することができる。  
　また、電子ビーム位置を規定する対物偏向器の上方のレンズより上方に電磁偏向器と静電偏向器を配置することにより、偏向色収差補正素子（Ｅ×Ｂ素子）の調整が容易な電子ビーム装置を提供することができる。  
　また、各々の偏向器（電磁偏向器、静電偏向器）の強度を同時に微小変化させるか、電子源の電圧を微小変化させた際の、ビームの位置の変化や位置を規定する偏向器の偏向量（走査倍率）と偏向方向（走査領域の回転）の変化を自動計測する手段を有することにより、偏向起因の寄生収差及び製造起因の寄生収差を抑制することのできる電子ビーム装置を提供することができる。
　第２の実施例について、図１～図４を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
　図１は本実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の概略全体構成図である。実施例１とは、偏向色収差補正素子を構成する電磁偏向器１２３が２段となっている点で相違している。なお、図１０と同一の符号は同一の構成を示す。図２は本実施例に係る走査電子顕微鏡内の電子光学構成を説明するための要部断面図である。図２に示すように偏向色収差補正素子２０７は２つの電磁偏向器２１６、２１７と静電偏向器２０６を有している。なお、図１１と同一の符号は同一の構成を示す。
　電磁偏向器（上段電磁偏向器２１６、下段電磁偏向器２１７）が２段である効果は偏向支点が調整可能であることにある。電磁偏向器と静電偏向器の偏向支点が一致しないと偏向色収差補正素子の内部で電子軌道が離軸し、幾何収差（寄生収差）が増大する。設計上電磁偏向器と静電偏向器の位置を一致させても加工や組み立ての誤差が生じるために実際の偏向支点は一致しない。従って、電磁偏向器と静電偏向器のどちらかを２段とすることが望ましい。両方２段でも可能であるが、構造が複雑になることやコストが増大することを考慮すると好ましくない。２段とした偏向器もそれぞれ２次元偏向が可能であり、偏向支点を一致させるために、強度比と偏向角度を最適化することとなる。加工や組み立ての誤差の影響を相殺するために最適化するので、上下段の電磁偏向器の強度と偏向の向きはおおむね一致している。図３に偏向色収差補正素子の上面図を示す。本実施例でも静電偏向には８極偏向器を用いている。
　次に、図４にしたがって本実施例に係る走査電子顕微鏡における電子光学構成の調整手段を説明する。試料上での電子ビーム位置を計測するために基準マークとしてビーム位置計測マーク４１０を設けてある。上段電磁偏向器電源４０１、下段電磁偏向器電源４０３、オフセット付き静電偏向器電源４０２に各々の偏向器に所定の強度を与え、電子源電源４０７で電子源の電圧を微小量変化させたときの電子ビームの位置の変化を測定する。これにより偏向色収差補正素子における補正能力を評価することが出来る。同様に上段電磁偏向器電源４０１、下段電磁偏向器電源４０３、静電偏向器電源４０２の強度を微小比率変化させたときの電子ビームの位置の変化を測定することでも評価が可能である。同様の評価は対物偏向器２１０での偏向色収差特性にも活用が可能であり、位置を規定する偏向器の偏向量（走査倍率）と偏向方向（走査領域の回転）の変化を測定することで評価できる。これらのデータから対物偏向器による偏向と偏向色収差素子の動作を連動させることが可能となる。
　また、電磁偏向と静電偏向での偏向支点を一致させるために、試料上での各偏向の移動量を相殺した状態で、対物レンズの中心を通過するように電磁偏向の上下段強度と偏向の向きを調整している。
　本実施例では電子源電圧－３ｋＶに対してオフセット電圧として－２ｋＶを印加した。対物偏向器に連動して偏向収差補正素子を作動させることにより、対物偏向器を用いて試料上で８０μｍ角の大きさにスキャンしても、得られた画像の分解能の劣化は低減することが出来た。結果として、ステージ（ホルダー）移動無しで大面積の撮像が可能となり、多点計測でのスループットが１００％以上向上した。
　以上説明したように、本実施例においても実施例１と同様の効果が得られる。  
　また、電磁偏向器を２段とすることにより、製造起因の寄生収差を抑制でき、広い視野での偏向を高分解能で実現することのできる電子ビーム装置を提供することができる。
　第３の実施例について、図５を用いて説明する。なお、実施例１又は実施例２に記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
　図５は、本実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。なお、図２と同一の符号は同一の構成を示す。また、走査電子顕微鏡全体の構成は実施例１あるいは２とほぼ同様である。これらとの相違は、本実施例では、静電偏向器を上段静電偏向器５０２と下段静電偏向器５０３との２段とし、電磁偏向器５０１を１段としている点にある。効果は実施例２と同様に偏向支点を一致させることが可能となる。
　本実施例では電子源電圧－３ｋＶに対してオフセット電圧として－２ｋＶを印加した。対物偏向器に連動して偏向収差補正素子を作動させることにより、対物偏向器を用いて試料上で８０μｍ角の大きさにスキャンしても、得られた画像の分解能の劣化は低減することが出来た。結果として、ステージ（ホルダー）移動無しで大面積の撮像が可能となり、多点計測でのスループットが１００％以上向上した。
　以上説明したように、本実施例においても実施例１と同様の効果が得られる。  
　また、静電偏向器を２段とすることにより、製造起因の寄生収差を抑制でき、広い視野での偏向を高分解能で実現することのできる電子ビーム装置を提供することができる。
　第４の実施例について、図６を用いて説明する。なお、実施例１乃至実施例３のいずれかに記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
　図６は、本実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。なお、図２と同一の符号は同一の構成を示す。また、走査電子顕微鏡全体の構成は実施例１あるいは２とほぼ同様である。本実施例の特徴（相違点）は、アース電極の代わりに電圧印加電極６０２を設けたことにある。その目的は偏向色収差補正素子２０７以外の領域での電子ビームを加速することにある。このことは電子ビーム軌道を外乱から強くする効果がある。静電偏向器２０６に加えるオフセット電圧は電圧印加電極に加える電圧を考慮して決める必要があり、補正感度と静電レンズ効果の双方を考慮して決定した。
　本実施例では電子源電圧－２ｋＶ、電圧印加電極に＋２ｋＶ印加し、静電偏向器に－１ｋＶ印加している。実施例１と比較して静電レンズ効果が大きくなっているが、偏向色収差補正素子以外の領域での電子ビーム軌道の安定性は増大している。結果として本実施例でも対物偏向器を用いて試料上で８０μｍ角の大きさにスキャンしても、偏向色収差の補正が可能となり、ステージ移動無しで大面積の撮像が可能となった。これにより多点計測でのスループットが８０％以上向上した上に測長再現性が０.１ｎｍ向上した。
　以上説明したように、本実施例においても実施例２と同様の効果が得られる。  
　また、電磁偏向器と静電偏向器との間に電圧印加電極を備えることにより、偏向色収差補正素子以外の領域での電子ビームを加速することができ、電子ビーム軌道を外乱から強くすることができる。
　第５の実施例について、図７を用いて説明する。なお、実施例１乃至実施例４のいずれかに記載され本実施例に未記載の事項は、特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。
　図７は、本実施例に係る電子ビーム装置（走査電子顕微鏡）の電子光学構成を説明するための概略要部断面図である。ここで、図２と同一の符号は同一の構成を示す。本実施例の特徴は、静電偏向器７０１が焦点補正器と非点補正器を兼ねていることにある。偏向色収差補正素子２０７により生じる幾何収差（寄生収差）の中でコマ収差の補正は出来ないが、像面湾曲（焦点ずれ）と非点収差は適切な光学素子を用いることで補正可能である。しかし、この補正をたとえば対物レンズ２１３内で行ってしまうと対物偏向器２１０の強度や偏向方向にもフィードバックをする必要が生じてしまい、制御が複雑になってしまう。したがって、偏向色収差補正素子２０７内で補正してしまうことが望ましい。
　前述したように減速電場は静電レンズ効果を生じる。したがってこの静電レンズ効果を制御することで焦点補正が可能となる。例えば、－３ｋＶのオフセット電圧を－３.０１ｋＶとすることで試料上の焦点を１０μｍ変化させることが可能である。これはオフセット電圧が存在することで焦点感度が向上したためで、オフセット電圧がない場合は桁違いの電圧が同じ焦点補正に必要となる。すなわち電子ビームを減速することは、偏向色収差補正と焦点補正に同時に有効な手段であることが分かる。この際は電位変化の大きなところで補正を行うことが有効なので、上下段の制御電極７０３、７０４のオフセット電圧を変えること、すなわち制御電極兼焦点補正器として活用すること、が有効である。
　また、図１２のように静電偏向器が８極の電極から形成されている。これらの電極に４極子の対称性を持つ電場が発生するように電圧を重畳することが可能であり、４極子場に起因する非点収差補正を行うことが出来る。更に、これらの電極に６極子の対称性を持つ電場が発生するように電圧を重畳すれば、６極子場に起因するコマ収差補正を行うことが出来る。例えば８つの電極へ印加する電圧の例としては以下の通りになる。偏向の場合時計回りにおおよそ、1:0.4:-0.4:-1:-1:-0.4:0.4:1、非点収差補正の場合、1:0:-1:0:1:0: -1:0、コマ収差補正の場合、-1:1:-0.4:-0.4:1:-1:0.4:0.4となる。コマ収差補正の場合は電極の電圧分布に高い周波数の角度依存性が必要となるため、補正に必要な最大電圧や最小電圧を印加した電極に隣接した電極の電圧は正負が反転している。６極子場を８極偏向器で作成できることは、偏向器構造の簡易化の観点から重要な結果である。
　以上のように本実施例での光学素子を用いることで、偏向色収差のみならず像面湾曲や非点収差などの幾何収差（寄生収差）の補正が可能である。幾何収差の補正機能は偏向色収差補正素子みずから発生する幾何収差のみならず、後段にある試料上のビーム位置を規定する偏向により発生する像面湾曲や非点収差の補正も可能となる。このことは本発明の目的である広い視野での偏向を高分解能で実現するために極めて有効である。
　本実施例のもう１つの特徴を図９により説明する。本実施例における装置全体の構成は実施例１あるいは２とほぼ同様であるが、第３コンデンサレンズ９０１が１段多い。図９は本実施例に係る走査電子顕微鏡における電子ビームの広がりを説明するための電子軌道図である。ここで、図８と同一の符号は同一の構成を示す。前述したように偏向色収差補正素子（静電偏向器１２２、電磁偏向器１２３）の感度は第１クロスオーバー８０１との距離に大きく依存する。したがって、本実施例ではコンデンサレンズを３段にすることで第１クロスオーバー８０１との距離を固定化した。すなわち、試料への照射する電子ビーム電圧や開き角に依存したクロスオーバー位置の変更は第２クロスオーバー８０２位置及び第３クロスオーバー９０２位置の変更のみで対応できるようにしている。
　本実施例では電子源電圧－３ｋＶに対してオフセット電圧として－２ｋＶを印加した。偏向色収差補正素子で発生した像面湾曲、非点収差、コマ収差の他に、試料上での偏向により生じる偏向色収差、像面湾曲、非点収差の３つの収差を補正した。結果として対物偏向器を用いて試料上で１５０μｍ角の大きさにスキャンしても、得られた画像において高分解能の維持が可能となり、ステージ移動無しで大面積の撮像が可能となった。これにより多点計測でのスループットが１２０％以上向上した。
　以上説明したように、本実施例においても実施例２と同様の効果が得られる。  
　また、静電偏向器が焦点補正器と非点補正器とを兼ねることにより、焦点補正と非点補正とを偏向色収差補正素子内で行うことができる。また、偏向色収差補正素子とクロスオーバー位置との距離を固定化することにより、偏向色収差補正素子の感度を一定にすることができる。
　なお本発明は電子ビーム装置の基本的な特性に関するものであり、走査電子顕微鏡に限定されるものではなく、電子ビームによるパターンサイズの計測、欠陥の検出や欠陥の種類の同定、パターン形成、広視野での観察など広く電子ビーム装置に適用可能である。
　本実施例を図１４及び図１５により説明する。図１４は図１０に電子ビームの広がりを追記したもので、図１５は本実施例における電子光学系を示している。図１０では電子銃から出た電子ビーム１０２は第１コンデンサレンズ１０３と偏向色収差補正素子により結像される。偏向色収差補正素子の感度を向上させるためには電子ビーム１０２の電圧の半分以上の電子をオフセットとして印加することが必要であり、偏向色収差補正素子は静電レンズとして作用する。従って、図１０では第１コンデンサレンズ１０３と偏向色収差補正素子の２つのレンズにより結像されることになる。このことは偏向色収差補正素子による中間結像１の位置の変化を第１コンデンサレンズ１０３により調整できる利点があるが、装置構成は複雑になる。偏向色収差補正素子を第２コンデンサレンズ１３０の下方においても同様である。
　一方、図１５では偏向色収差補正素子のみで結像させている。オフセット電圧を調整することで、偏向色収差補正感度向上と第２中間像面１４０２の形成を実現することが可能となり、電子光学系の簡素化が出来る。また、第１コンデンサレンズ１０３との併用（この場合は第１コンデンサレンズと偏向色収差補正素子の間にも第１中間像面１４０１が形成させる。）することで偏向色収差補正感度と中間像面位置を独立して調整することが出来る。  
　以上のように偏向色収差補正素子が中間像を形成するための静電レンズを兼ねることで電子光学系の簡素化が可能となる。
　また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
　以上、本願発明を詳細に説明したが、以下に主な発明の形態を列挙する。
（１）　電子源と、前記電子源から放出された電子ビームの試料上での位置を規定する偏向器とを有し、前記偏向器により位置を規定された前記電子ビームが照射されることにより前記試料から発生する２次電子信号や反射信号電子あるいは吸収電子の信号に基づいて前記試料の画像を得る電子ビーム装置において、
  前記試料に対して前記偏向器よりも前記電子線源側に配置された電磁偏向器と、前記電磁偏向器と分離され、前記電磁偏向器より内径が小さく前記試料からの高さ位置が前記電磁偏向器と重なるように内側に配置され、オフセット電圧の印加が可能な静電偏向器とを含む偏向色収差補正素子を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。  
（２）　上記（１）記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器が焦点補正器を兼ねることを特徴とする電子ビーム装置。  
（３）　上記（１）記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器の上下に配置され、電圧の印加が可能な上下電極を更に有し、前記上下電極は焦点補正器として用いられるものであることを特徴とする電子ビーム装置。  
（４）　電子源と、前記電子源から放出された電子ビームの試料上での位置を規定する偏向器とを有し、前記偏向器により位置を規定された前記電子ビームが照射されることにより前記試料から発生する２次電子信号や反射信号電子あるいは吸収電子の信号に基づいて前記試料の画像を得る電子ビーム装置において、
  前記試料に対して前記偏向器よりも前記電子線源側に配置された静電偏向器と、前記静電偏向器より内径が大きく前記試料からの高さ位置が前記静電偏向器と重なるように内側に配置された電磁偏向器とを含む偏向色収差補正素子を更に有し、
  前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器、若しくは、前記電磁偏向器のいずれか一方が２段で構成されていることを特徴とする電子ビーム装置。  
（５）　上記（４）記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子は、前記静電偏向器若しくは前記電磁偏向器のうち、２段で構成される偏向器を連動させた時の偏向支点と他の偏向器の偏向支点が一致するように前記２段で構成される偏向器の強度比と偏向方向が調整されるものであることを特徴とする電子ビーム装置。  
（６）　上記（１）又は（４）記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器が４極子収差補正器や６極子収差補正器を兼ねることを特徴とする電子ビーム装置。  
（７）　上記（１）又は（４）記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器の上下に電圧の印加が可能で、前記静電偏向器の内径より長い上下電極を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。  
（８）　上記（１）又は（４）記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器と前記電磁偏向器の間に、接地された導体もしくは電圧印加が可能な電極を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。  
（９）　上記（１）又は（４）記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記電磁偏向器の合計の長さより前記静電偏向器と前記上下電極の長さの合計が長いことを特徴とする電子ビーム装置。  
（１０）　上記（１）又は（４）記載の電子ビーム装置において、前記試料上での前記電子ビーム位置を規定する前記偏向器と前記偏向色収差補正素子との間にレンズが更に配置されていることを特徴とする電子ビーム装置。  
（１１）　電子源と、前記電子源から放出された電子ビームの試料上での位置を規定する偏向器と、前記偏向器により位置を規定された前記電子ビームが照射されることにより前記試料から発生する２次電子信号や反射信号電子あるいは吸収電子の信号に基づいて前記試料の画像を得る電子ビーム装置において、
  前記試料に対して前記偏向器よりも前記電子線源側に配置された電磁偏向器と、前記電磁偏向器と分離され、前記電磁偏向器より内径が小さく前記試料からの高さ位置が前記電磁偏向器と重なるように内側に配置され、オフセット電圧の印加が可能な静電偏向器とを含む偏向色収差補正素子と、
  前記電子源の電圧または前記偏向色収差補正素子の前記電磁偏向器と前記静電偏向器の各々の強度を同時に微小変化させたときの前記電子ビームの位置の変化、あるいは前記偏向器の偏向量と偏向方向の変化、若しくはその両方を自動計測する手段とを更に有することを特徴とする電子ビーム装置。
１０１－電子銃（電子源）、１０２－電子ビーム、１０３－第１コンデンサレンズ、１０４－２次電子や反射電子、１０５－検出器、１０６－対物偏向器、１０８－対物レンズ、１０９－試料、１１０－ホルダー（ステージ）、１１１－電子銃制御部、１１２－第１コンデンサレンズ制御部、１１４－走査偏向器制御部、１１５－電磁レンズ制御部、１１６－試料電圧制御部、１１７－記憶装置、１１８－装置全体の制御演算部、１１９－表示装置、１２０-電磁偏向器制御部、１２１－オフセット付き静電偏向器制御部、１２２－静電偏向器、１２３－電磁偏向器、１３０－第２コンデンサレンズ、１３１－第２コンデンサレンズ制御部、２０１－電子源、２０２－アース電極、２０３－上部制御電極、２０４－下部制御電極、２０６－静電偏向器、２０７－偏向色収差補正素子、２０８－電磁偏向のみの電子軌道、２０９－静電偏向のみの電子軌道、２１０－対物偏向器、２１１－２次電子、２１２－検出器、２１３－対物レンズ、２１５－試料、２１６－上段電磁偏向器、２１７－下段電磁偏向器、４０１－上段電磁偏向器電源、４０２－オフセット付き静電偏向器電源、４０３－下段電磁偏向器電源、４０４－対物偏向器電源、４０５－対物レンズ電源、４０６-デジタル制御系、４０７-電子源電源、４１０－ビーム位置計測用マーク、５０１－電磁偏向器、５０２－上段静電偏向器、５０３－下段静電偏向器、６０２－電圧印加電極、７０１－静電偏向器兼焦点補正器兼非点補正器、７０３－上段制御電極兼焦点補正器、７０４－下段制御電極兼焦点補正器、８０１－第１クロスオーバー、８０２－第２クロスオーバー、９０１－第３コンデンサレンズ、９０２－第３クロスオーバー、１０２３－電磁偏向器、１１１６－電磁偏向器、１２０１－電磁コイル、１２０２－フェライト、１３０１－電磁偏向器電源、１４０１－第１中間像面、１４０２－第２中間像面。

Claims (16)

  1. 　電子源と、前記電子源から放出された電子ビームの試料上での位置を規定する偏向器とを有し、前記偏向器により位置を規定された前記電子ビームが照射されることにより前記試料から発生する２次電子信号や反射信号電子あるいは吸収電子の信号に基づいて前記試料の画像を得る電子ビーム装置において、
      前記試料に対して前記偏向器よりも前記電子線源側に配置された電磁偏向器と、前記電磁偏向器と分離され、前記電磁偏向器より内径が小さく前記試料からの高さ位置が前記電磁偏向器と重なるように内側に配置され、オフセット電圧の印加が可能な静電偏向器とを含む偏向色収差補正素子を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。
  2. 　請求項１記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器が焦点補正器を兼ねることを特徴とする電子ビーム装置。
  3. 　請求項１記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器の上下に配置され、電圧の印加が可能な上下電極を更に有し、前記上下電極は焦点補正器として用いられるものであることを特徴とする電子ビーム装置。
  4. 　電子源と、前記電子源から放出された電子ビームの試料上での位置を規定する偏向器とを有し、前記偏向器により位置を規定された前記電子ビームが照射されることにより前記試料から発生する２次電子信号や反射信号電子あるいは吸収電子の信号に基づいて前記試料の画像を得る電子ビーム装置において、
      前記試料に対して前記偏向器よりも前記電子線源側に配置された静電偏向器と、前記静電偏向器より内径が大きく前記試料からの高さ位置が前記静電偏向器と重なるように内側に配置された電磁偏向器とを含む偏向色収差補正素子を更に有し、
      前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器、若しくは、前記電磁偏向器のいずれか一方が２段で構成されていることを特徴とする電子ビーム装置。
  5. 　請求項４記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子は、前記静電偏向器若しくは前記電磁偏向器のうち、２段で構成される偏向器を連動させた時の偏向支点と他の偏向器の偏向支点が一致するように前記２段で構成される偏向器の強度比と偏向方向とが調整されるものであることを特徴とする電子ビーム装置。
  6. 　請求項１記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器が４極子収差補正器や６極子収差補正器を兼ねることを特徴とする電子ビーム装置。
  7. 　請求項４記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器が４極子収差補正器や６極子収差補正器を兼ねることを特徴とする電子ビーム装置。
  8. 　請求項１記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器の上下に電圧の印加が可能で、前記静電偏向器の内径より長い上下電極を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。
  9. 　請求項４記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器の上下に電圧の印加が可能で、前記静電偏向器の内径より長い上下電極を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。
  10. 　請求項１記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器と前記電磁偏向器の間に、接地された導体もしくは電圧印加が可能な電極を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。
  11. 　請求項４記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記静電偏向器と前記電磁偏向器の間に、接地された導体もしくは電圧印加が可能な電極を更に有することを特徴とする電子ビーム装置。
  12. 　請求項１記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記電磁偏向器の合計の長さより前記静電偏向器と前記上下電極の長さの合計が長いことを特徴とする電子ビーム装置。
  13. 　請求項４記載の電子ビーム装置において、前記偏向色収差補正素子の前記電磁偏向器の合計の長さより前記静電偏向器と前記上下電極の長さの合計が長いことを特徴とする電子ビーム装置。
  14. 　請求項１記載の電子ビーム装置において、前記試料上での前記電子ビーム位置を規定する前記偏向器と前記偏向色収差補正素子との間にレンズが更に配置されていることを特徴とする電子ビーム装置。
  15. 　請求項４記載の電子ビーム装置において、前記試料上での前記電子ビーム位置を規定する前記偏向器前記偏向色収差補正素子との間にレンズが更に配置されていることを特徴とする電子ビーム装置。
  16. 　電子源と、前記電子源から放出された電子ビームの試料上での位置を規定する偏向器と、前記偏向器により位置を規定された前記電子ビームが照射されることにより前記試料から発生する２次電子信号や反射信号電子あるいは吸収電子の信号に基づいて前記試料の画像を得る電子ビーム装置において、
      前記試料に対して前記偏向器よりも前記電子線源側に配置された電磁偏向器と、前記電磁偏向器と分離され、前記電磁偏向器より内径が小さく前記試料からの高さ位置が前記電磁偏向器と重なるように内側に配置され、オフセット電圧の印加が可能な静電偏向器とを含む偏向色収差補正素子と、
      前記電子源の電圧または前記偏向色収差補正素子の前記電磁偏向器と前記静電偏向器の各々の強度を同時に微小変化させたときの前記電子ビームの位置の変化、あるいは前記偏向器の偏向量と偏向方向の変化、若しくはその両方を自動計測する手段とを更に有することを特徴とする電子ビーム装置。
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