(57)【要約】      （修正有）【課題】  視野が大きい写像投影型の欠陥検査装置及びリソグラフィ装置において、ビーム電流を大きくできるようにする。【解決手段】  電子銃１からの１次電子線は、コンデンサレンズ２、開口（ＮＡ）３、照射レンズ４、対物レンズ５を介して試料６の表面に照射される。電子線は、光軸から離れるほど収差が大きくなるが、対物レンズ５の内部に配置されたＭＯＬ偏向器７及び軸対称電極８によって適切な電界又は磁界を与えることにより、対物レンズの軸の平行移動ができるので、広い視野を得ることが可能となる。対物レンズを通過した２次電子像の正の軸上色収差は、色収差補正器１２により生じる負の軸上色収差で補正される。これにより、ＮＡを大きくすることができるので、同一の解像度を得る場合であってもビーム電流を大きくすることができ、高スループットの評価を行うことができる。【選択図】  図１
2006221870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
写像投影型の電子線装置において、
電子銃と、
多極子レンズを有する軸上色収差補正手段と、
ＭＯＬ動作を行う対物レンズと
を備え、分割された視野内領域でＭＯＬ動作を行いながら、電子線を試料上に照射することを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の電子線装置において、電子線装置はリソグラフィ装置であり、該装置はさらに、試料上に形成すべきパターンを有するマスク又はレチクルを備えていることを特徴とする電子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の電子線装置において、電子線装置は試料上に形成されているパターンを評価するための試料評価装置であることを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の電子線装置において、該装置はさらに、対物レンズを有し、その内部に、対物レンズの軸上磁場分布の光軸方向に関する微分値に比例する偏向磁界を発生させる偏向器を備えていることを特徴とする電子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子線装置に関し、より詳細には、半導体ウエハ等の試料上に、最小線幅０．２μｍ以下のパターンを、電子線を用いて描画又は転写するための装置、及び、試料上に形成されたパターンを評価するために電子線によりパターン画像を得るための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＬａＢ６カソードを空間電荷制限領域で動作させると、ショット雑音が小さいという長所があるが、その反面、エネルギ幅が大きいため色収差が大きいという問題があった。数ｎｍ〜１ｎｍの高解像度を得るために、４極子レンズを複数段用いて対物レンズの軸上色収差を補正するようにした技術が、ＳＥＭ及び透過電子顕微鏡で実用化されている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した軸上色収差を補正するための技術は、ＳＥＭや透過電子顕微鏡に適用可能であるが、視野が比較的大きい、欠陥検査等のための試料評価装置やリソグラフィ装置に単純には適用できないという問題がある。
すなわち、４極子レンズを複数段用いると、軸上色収差を補正できるものの、視野が大きい場合に軸外収差が大きくなってしまう。したがって、視野が比較的大きい欠陥検査装置やリソグラフィ装置に複数段の４極子レンズを単に使用したとしても、軸外収差が生じて得られる画像がぼけてしまうという問題がある。また、リソグラフィ装置では、空間電荷効果のためにスループットが大幅に制限されるという問題もある。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、視野が比較的大きい欠陥検査装置及びリソグラフィ装置において、軸上色収差の補正効果によって、従来例と対比して１０〜数１０ｎｍの解像度で１０倍以上のビーム電流を得ることが可能な電子線装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した目的を達成するために、本発明における写像投影型の電子線装置は、
電子銃と、
多極子レンズを有する軸上色収差補正手段と、
ＭＯＬ動作を行う対物レンズと
を備え、分割された視野内領域でＭＯＬ動作を行いながら、電子線を試料上に照射することを特徴としている。
【０００５】
上記した本発明に係る電子線装置において、一実施例では、電子線装置はリソグラフィ装置であり、該装置はさらに、試料上に形成すべきパターンを有するマスク又はレチクルを備えている。他の実施例では、電子線装置は試料上に形成されているパターンを評価するための試料評価装置である。
また、電子線装置が、対物レンズを有し、その内部に、対物レンズの軸上磁場分布の光軸方向に関する微分値に比例する偏向磁界を発生させる偏向器を備えていることが好ましい。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の写像投影型の電子線装置は、上記したように構成されているので、色収差を補正することができ、色収差を補正すると同じ解像度でＮＡを大きくすることができるので、ビーム電流を大きくすることができ、高スループットで処理を行うことができる。特に、試料評価装置では、分解能を低下させずに検査速度を高速にすることが重要であるため、本発明は極めて実用的な作用効果を奏することができる。また、リソグラフィ装置に適用した場合には、色収差を補正すると同じ解像度でＮＡを大きくすることができるので、空間電荷効果を低減させることができ、よりスループットが向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図１は、本発明に係る電子線装置の第１の実施形態である欠陥検査装置等の試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。図１に示すように、本発明の試料評価装置においては、電子銃１から放出された電子線を、コンデンサレンズ２で集束し、正方形等の矩形の開口３を介して矩形に成形し、得られた矩形電子線を、照射レンズ４、対物レンズ５を介して試料６の表面に照射する。このとき、対物レンズ５の内部に配置されたＥ×Ｂ分離器９により、矩形電子線を偏向して試料面に垂直に照射されるようにする。また、偏向器１９及び２０により、矩形電子線が視野内を移動するように、該矩形電子線を偏向する。
【０００８】
一方、この照射により試料６から放出された２次電子は、対物レンズ５で集束され、軸合わせ偏向器１１の近傍に拡大像を形成し、色収差補正器１２を介して色収差が補正された像を、拡大レンズ１３の手前に形成する。この実施形態では、色収差補正器１２は、４極子レンズを４段重ねて構成されている。そして、拡大レンズ１３により、拡大レンズ１４の手前に拡大像を形成し、拡大レンズ１４によりシンチレータ１６の面に拡大像を形成する。このとき、偏向器１９及び２０により矩形電子線が視野内を移動するのに同期して、偏向器１５により、シンチレータ１６の対応する検出面に拡大像が形成されるように偏向する。
【０００９】
シンチレータ１６は、マトリックス状に配置された複数の検出面を有しており、各検出面が１つの副視野に対応する。一次電子線が正方形に成形される場合には、シンチレータ１６は、例えば４行４列に配置された１６個の検出面を備えている。シンチレータ１６の各検出面により検出された画像データは、５１２×５１２個の画素のＣＣＤ検出器（又はＭＯＳイメージセンサ）群１７に転送され、電気信号に変換される。
【００１０】
対物レンズ５の内部には、ＭＯＬ(Moving Objection Lens)偏向器７及び軸対称電極８が配置されている。電子線は、光軸から離れるほど収差が大きくなるが、これら偏向器及び軸対称電極により適切な電界又は磁界を与えることにより、対物レンズの軸の平行移動ができるので、広い視野を得ることが可能となる。ＭＯＬ偏向器７は、光軸以外の視野からの２次電子の収差を小さくするための磁場を生成する。ここで、試料６から放出される２次電子はエネルギ幅を有するため、対物レンズを通過した２次電子像の軸上色収差が大きい。この軸上色収差を色収差補正器１２により生じる軸上色収差で補正する。色収差補正器１２による負の色収差と、対物レンズ５により生じる正の色収差の絶対値が等しくなるように、軸対称電極８に印加する電圧を調整する。
本発明においては、このように軸上色収差を補正することにより、光軸近くの収差が小さくなる。また、軸外収差を補正するため、視野を複数の副視野に分割し、ＭＯＬ偏向器を用いたことにより、ＣＭＯＳイメージセンサが使用可能となり、高スループットの評価を行うことができる。
なお、対物レンズ５は、ボーア径Ｄが視野の直径の５０倍以上となるように構成され、また、軸上色収差を小さくするために磁気ギャップ１８が試料６側に設けられている。
【００１１】
図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に係る電子線装置の第２の実施形態である電子線描画装置の電子光学系を示す説明図である。該装置において、図２の（Ａ）に示すように、電子銃２１から放出された電子線は、２つのコンデンサレンズ２２及び２３により一様照射領域が調整され、正方形等の矩形開口２４に照射される。この矩形開口により成形された矩形電子線は、成形レンズ２５によりキャラクタマスク２６に結像される。キャラクタマスク２６には、描画したいダイに配置されるべき回路パターンの拡大透過マスクが複数設けられている。偏向器３６により矩形電子線を偏向することにより、キャラクタマスク２６上の回路パターンのマスクが選択され、かつ、偏向器３７により偏向することにより、矩形電子線が元の光軸に戻される。
【００１２】
そして、パターン化された矩形電子線は、成形レンズ２７及び縮小レンズ２８を介して縮小され、色収差補正器２９の手前に選択された回路パターンの縮小像を形成し、電磁レンズで構成された対物レンズ３０を介して試料３５上に縮小像を形成する。対物レンズ３０の内部には、視野内の描画したい位置に回路パターン像を移動し、かつ偏向収差を小さくするための偏向器３１〜３４が配置されている。なお、軸外収差は対物レンズ３０の内部に設けられた電磁偏向器３１〜３４の組み合わせで、小さくすることができる。
【００１３】
このように、図２に示した電子線描画装置によれば、軸上色収差は色収差補正器２９により補正することができ、軸外収差は対物レンズ３０及び電磁偏向器３１〜３４により補正することができる。したがって、ＮＡ開口４０の開口角を大きくすることができるため、空間電荷効果を小さくすることができる。したがって、大きいビーム電流で描画を行うことができるので、高スループットでＬＳＩパターン等を試料上に描画することができる。
なお、縮小レンズ２８により形成される縮小像を、色収差補正器２９の手前に形成し、該色収差補正器２９が形成する像を、対物レンズ３０による縮小率が約１となるような位置３９に形成することが好ましい。
また、図２の（Ａ）において、ＮＡ開口４０を円形穴ではなく、図２の（Ｂ）に示すように、ドーナツ型とすることもできる。なお、従来、ドーナツ型開口は開口角が大きくなるため軸上色収差が大きくなり、そのため、従来はドーナツ型開口を使用していなかった。本発明においては、軸上色収差を補正器で補正することにより、大きい開口角のドーナツ型ＮＡ開口を使用することができ、その結果、空間電荷効果を小さくし、大きいビーム電流を用いることができる。
【００１４】
図３は、本発明の電子線装置の第３の実施形態である試料評価装置を示している。この装置においては、電子銃４１から放出された電子線をコンデンサレンズ４２で集束し、複数の開口が設けられたマルチ開口板４３の手前にクロスオーバを形成する。そして、クロスオーバから発散する電子線をマルチ開口に照射し、縮小率及び回転角を調整可能なレンズ４４及び４５により縮小像を位置６３に形成し、色収差補正器４８及び電磁レンズである対物レンズ５１を介して縮小像を試料５４上に形成する。このとき、静電偏向器４９及び５５により、電子線を試料５４上に走査させる。視野の光軸から離れた位置を走査する際の色収差を小さくするために、対物レンズ５１のボーア径Ｄを、視野の５０倍以上に設定することが好ましい。
【００１５】
この第３の実施形態においては、電子銃４１はＬａＢ６を使用して構成することが好ましい。
また、より広い視野を走査するために、電磁偏向器５２及び５３を設けている。これら電磁偏向器５２及び５３はＭＯＬ条件を満足している。すなわち、対物レンズ５１の軸上磁場分布は、磁気ギャップの中心にピークを持つガウス分布に近似する関数で表される。したがって、そのｚ軸方向すなわち光軸方向の微分すなわち変化分ｄｚを見ると、磁気ギャップの中心で０となり、その上下で符号が逆の関数となる。その微分関数に比例するように、偏向器５２及び５３により生成される偏向磁場を調整すればよい。ただし、対物レンズ５１のコアの内側面にフェライトのパイプ５７を貼り付ける必要がある。
【００１６】
試料５４から放出されたマルチビームの２次電子線は、正の電圧が印加された軸対称電極５６と、負の電圧が印加された試料５４の面とが生成する加速電界により加速され、対物レンズ５１を通過する。そして、対物レンズ５１を通過する直前で、該対物レンズの内部上端に配置されたビーム分離器５０により、走査方向と直交する方向（図の右側方向）に偏向され、拡大レンズ５８及び６０により拡大像をＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート）板６２のシンチレータ塗布面に結像される。ＦＯＰ板６２は、単なる板ではなく、ＦＯＰを構成している光ファイバーが分離した状態でそれぞれがＰＭＴ６３に１対１で接続され、ＰＭＴ６３により、光信号に変換される。
【００１７】
このように、試料から放出されたマルチビームである２次電子線は、１対１でＰＭＴ６３に入力されるので、クロストークの問題を回避することができる。
また、試料上に周期的なライン＆スペースパターンが形成されている場合、各ＰＭＴ６３から得られる信号は、参照番号６６〜６８で示すように、高強度と低強度とが反復する周期波形となる。この周期波形は径６６〜６８を観測して、これらのコントラストとオフセット値がほぼ同一となるように、ＰＭＴ６３及びその増幅器を調整する。
【００１８】
図３に示した実施形態において、一次電子線のビーム分離器５０による偏向色収差については、色収差補正器４８が形成する像と静電偏向器４９との間の距離Ｄ１が、静電偏向器４９と電磁偏向器５０の間の距離Ｄ２と等しくなるように設定することにより、２つの偏向器によって生じる偏向収差が相互にキャンセルされるため、１次電子線に偏向色収差は発生しない。また、２次電子像を電磁偏向器５０の近傍に結像させるように設定することにより、２次電子像への偏向色収差も小さくすることができる。
光軸から遠く離れた位置を走査したときに生じる像面湾曲は、回転レンズ４４及び４５の内部の軸対称電極４６及び４７に印加する電圧を調整することにより、補正することができる。軸対称電極４６及び４７への印加電圧の変更により、電子線の回転もダイナミックに補正することができる。なお、回転レンズ４４及び４５は、軸上磁場の方向が互いに逆である既知のレンズである。
色収差補正器４８は、４段の４極子レンズを、２回対称収差、４回対称収差、コマ収差が発生しないように配置する。そして、ビーム収差を観察しながら、色収差がゼロとなるように電極５６に印加する電圧を調整する。
【００１９】
図４を参照して、図３に示したようなマルチビームを用いた試料評価装置において、試料面の画像を得る場合の方法について説明する。なお、図４は、試料面を模式的に示しており、ｘ−ｙ座標系のｙ軸方向はステージ連続移動方向であり、ｘ軸方向は電子ビームの走査方向である。また、この例においては、マルチビームを６行５列に形成したものとする。
マルチビームが６行５列の場合、マルチビームの行をｙ座標（従って、列をｘ座標）に関してｓｉｎ−１（１／５）だけ傾けることによって、マルチビーム走査時のラスタピッチを等しくすることができる。なお、ラスタピッチを画素の整数倍に設定すればよいが、光軸から一定の距離内で、できるだけ多くのマルチビームを使用するためには、ラスタピッチと画素寸法とを等しく設定することが好適である。ｎ行ｍ列（行はｙ軸方向に近接、列はｘ軸方向に近接）の場合は、ｍ≦ｎであることが好適であり、ビーム間隔は、ｎ×画素寸法／ｃｏｓ［ｓｉｎ−１（１／ｎ）］となる。ビームを直交するマトリックス状に配置すれば、最も多くのビームを単位面積内に配置することができるが、走査したときにラスタピッチが同一となるようにすれば、必ずしも直交配置する必要がない。
【００２０】
セル対セルの検査を行う際に図４に示すようなラスタ走査を行ったとき、同じビームの同じ走査で得られるセル内の同一位置１４７、１４８、１４９（又は、１５０、１５１、１５２）の信号同士を比較して欠陥検査等の評価を行う。
ダイ対ダイの検査を行う場合には、異なるダイ同士の同じｙ座標の位置の信号同士を比較して評価を行えばよい。異なるダイの同じｙ座標で同じ電子ビームからの信号同士を比較しても良い。
また、１走査分あるいは１セル分の２次元パターンを作成し、セル対セル検査では、走査方向すなわちｘ軸方向の２次元パターンで比較評価を行い、ダイ対ダイ検査では、ステージ移動方向すなわちｙ軸方向のダイのデータ同士を比較評価することが好適である。
【００２１】
図５は、本発明に係る電子線装置の第４の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。この装置においては、電子銃１６１から放出された電子線はコンデンサレンズ６２により集束され、開口板１６３に形成された正方形等の矩形の開口により矩形電子線に成形され、成形レンズ１６４及びユニポテンシャルレンズである対物レンズ１６７を介して試料１６８に照射される。
この照射により試料１６８から放出された２次電子は、対物レンズ１６７で加速され、ビーム分離器１６６により一次電子線と分離される。そして、静電偏向器１６９で垂直方向に偏向され、色収差補正器７０の手前の位置７６に結像し、色収差補正器７０の像を、拡大レンズ７４の手前の位置７７に結像する。その後、拡大レンズ７２及び７４により２段階で拡大され、検出器７３の検出面に像を結ぶ。
【００２２】
ここで、ビーム分離器１６６は、純粋な電磁偏向器であり、２次電子線を偏向するための静電偏向器１６９の偏向量と同一の偏向量となるように設定し、かつ位置７６及び偏向器１６９の間の距離と静電偏向器１６９及びビーム分離器１６６の間の距離を等しく設定することにより、偏向色収差は発生しない。また、対物レンズ１６７を単レンズで構成しても、ＮＡ開口１７０の位置を最適化することで、軸外色収差を無視できる程度に小さくすることができる。さらに、ビーム分離器１６６を図１に示した実施形態と同様なＥ×Ｂ分離器とし、偏向器１６９を電磁偏向器とすることもできる。
視野内で矩形電子ビームを移動させたとき、電圧源７４から対物レンズ１６７の上側電極又は下側電極に印加する電圧を調整することにより、像面湾曲を補正することができる。上側電極は、アースに近い電圧であるから、この像面湾曲を補正するレンズを０Ｖを中心とする電圧で駆動すればよいので、高速駆動が可能となる。軸上色収差は、シミュレーションにより得られる値と実際に生じる値とが僅かではあるが相違する場合がある。この相違は、対物レンズ６７の中央電極７５に印加される電圧と、その上下のいずれかの電極に印加される電圧とを調整することにより、ゼロにすることができ、これにより、色収差の補正をより確実にすることができる。
【００２３】
図６は、本発明に係る電子線装置の第５の実施形態の転写装置の電子光学系を示す説明図である。電子銃は、加熱装置８１、リング状カソード８２、ウエーネルト８３、アノード８４で構成されている。電子銃により形成されるクロスオーバは、２段のコンデンサレンズ８５及び８６で拡大され、レチクル８７上の１つの副視野を照射する。レチクル８７で成形された電子線は、軸対称の磁気タブレットレンズ８８及び９０（９０は対物レンズ）により、像面９１の面上に１／４の縮小像（レチクルの１／４）を生成する。カソード像を対物レンズ９０のバックフォーカル面９２に結像させることによって、ホロービームとすることができ、球面収差を小さくすることができる。
【００２４】
レンズ８８及び９０の内部に配置された偏向器９４及び９３は、軸外収差を補正するための偏向器である。これら偏向器により、軸外収差を極めて小さくすることができ、また、球面収差はホロービームにより小さくすることができるため、軸上色収差が主な収差となる。本実施形態においては、この軸上色収差を、軸上色収差補正器８９を設けることによって補正している。これにより、開口角を大きくしても像がぼけずに転写を行うことができ、スループットも向上する。開口角を１０〜１１ｍｒａｄとしたホロービームとすることが好適である。これは、開口角がα１〜α２（ｍｒａｄ）のホロービームである場合、α１≧１０ｍｒａｄでかつα２−α１≦１ｍｒａｄに設定すると、空間電荷効果が小さくなり、大きい電流密度で転写ができるからである。軸上色収差補正器８９は、図６に示すように、像面９１の下方に配置され、像面９１の像をこの収差補正レンズ８９により試料面９５に結像するようにすればよい。
補正レンズ８９は、図６の（Ｂ）に示したように、１２分割された電極と磁極を持つウィーンフィルタであり、軌道８９−１に示したように２回結像することにより、余分な収差を発生せずに負の収差を発生させる。参照番号８９−２は、絶縁用のスペーサである。
【００２５】
図７は、図１〜３、図５及び図６に示したような光学系を複数有する装置、すなわち複数の光軸を有する電子線装置に組み込むことができる色収差補正器の１段の収差補正レンズ系の構造を示しており、図７の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、平面図及び断面図である。この例においては、２列ｍ行に光軸が並べられている場合であり、１枚のセラミック基板に１段の４極子レンズが形成される。この１段の４極子レンズを製造する場合、まず、セラミック基板の対向する２つの長縁にリブ１１４を形成し、光軸１０９〜１１２それぞれの周囲に放射状に４本の溝を形成し、それぞれの電極１０１〜１０４を形成する。次いで、全体にＮｉＰの無電界メッキを施し、さらにＡｕメッキを施してコーティングを形成する。そして、図７の（Ａ）に斜線で示した部分のコーティングを除去し、（Ｂ）に示したように、リード線をリブ１１４の側面部に（図面に垂直な方向）に接続する。また、穴１１３を、対向する２つの短縁に形成する。このようにして４極子レンズを４枚形成し、これら４枚を穴１１３が一致するように重畳し結合することにより、対応する光軸が一致するように組み立てる。このようにして製造された色収差補正器は、図１〜３及び５に示したような鏡筒とマルチ鏡筒とした電子線装置の色収差補正器として採用することができる。
電極１０１〜１０４の光軸１０９〜１１２に対向している面は、双曲面の一部を形成している。
【００２６】
図８は、本発明に係る電子線装置における第６の実施形態の試料評価装置の電子光学系を示している。この装置においては、偏向色収差を無くすことができるようにしている。電子銃１２１からの電子線は、一次光学系１２２に含まれるコンデンサレンズ１２３で位置１３０に結像され、該像を対物レンズ１２７で試料１２８上に結像する。このとき、電子線を静電偏向器１２５で偏向しかつ電磁偏向器１２６で試料１２８の面に垂直となるよう偏向するが、結像位置１３０と静電偏向器１２５の距離Ｄ３と、静電偏向器１２５と電磁偏向器１２６の距離Ｄ４を等しく設定している。これら距離を等しく設定することにより、２つの偏向器によって発生する偏向収差を相互にキャンセルすることができ、全体として偏向収差をゼロとすることができる。電磁偏向器１２６は、２次電子線を２次光学系１２９に向けるビーム分離器としても機能するが、ビーム分離器を電磁偏向器単独で構成することができるので、構造が単純になる。
なお、図８に示した第６の実施形態においても、第１〜第５の実施形態と同様に、軸上色収差補正器を備えても良い。
【００２７】
図９は、本発明に係る電子線装置における第７の実施形態の試料評価装置の電子光学系を示している。この装置においては、３つの偏向器を用いて偏向色収差をゼロとするようにしている。図９において、電子銃１２１からの電子線は、一次光学系１２２に含まれるコンデンサレンズ１２３で位置１３５に結像され、該像を対物レンズ１２７で試料１２８上に結像する。このとき、電子線を第１〜第３の偏向器１３１〜１３３で偏向することにより、試料１２８の面に垂直となるよう偏向する。第１の偏向器１３１は、静電偏向器であっても電磁偏向器であってもよいが、静電偏向器であるとして説明する。第２の偏向器１３２は電磁偏向器であり、第３の偏向器１３３も電磁偏向器である。
【００２８】
図９に示すように、第１〜第３の偏向器１３１〜１３３による偏向量をそれぞれβ、γ、αとし、位置１３５と第１の偏向器１３１との距離をＤ５とし、位置１３５と第２の偏向器１３２との距離をＤ６とし、第２の偏向器１３２と第３の偏向器１３３との距離をＤ７とする。
電子銃１２１から垂直に放出された電子線を、試料１２８の面に垂直に入射させるためには、
α＝γ−β      （１）
を満足する必要がある。
一方、３つの偏向器により生じる偏向色収差がゼロとなるためには、
−２β・Ｄ５＋γ・Ｄ６−α・Ｄ７＝０      （２）
を満足する必要がある。
上記式（１）及び（２）から、α：β：γの比を計算することができる。例えば、Ｄ５＝０の場合には、γ・Ｄ６＝α・Ｄ７であり、
α／γ＝Ｄ６／Ｄ７      （３）
が得られる。式（３）を式（１）に代入すると、
β／γ＝１−Ｄ６／Ｄ７      （４）
が得られる。
【００２９】
このように、結像位置１３５、及び第１〜第３の偏向器１３１〜１３３の位置及び偏向角を調整することにより、式（１）及び式（２）を満足させることができるため、試料１２８に一次電子線を垂直に入射できるとともに、偏向色収差をゼロにすることができる。
ビーム分離器により、１次電子線を小さく偏向し、２次電子ビームを大きく偏向すれば、１次電子ビームに偏向色収差以外の収差が生じないので、有利である。そのような実施形態を図９の（Ｂ）に示している。ビーム分離器１３３をＥ×Ｂ分離器とし、上記した式（１）〜（４）と同様な方程式を解けば、αが小さくβが大きい条件が得られ、１次電子ビームを大きく偏向することなく２次電子ビームを大きく偏向し、しかも偏向色収差を０にすることができる。
なお、図９に示した第７の実施形態においても、第１〜第５の実施形態と同様に、軸上色収差補正器を備えても良い。
【００３０】
ところで、電子線を用いた試料検査装置においては、分解能が必ずしも重要ではなく（走査顕微鏡の１／５０〜１／２０程度でよい）、ビーム電流を増大させて検査速度を向上させることが重要となる。本発明のように多段の多極子レンズを用いることにより、ビーム電流を約１０倍にすることができ、よって検査速度を約１０倍向上させることができる。以下で詳細に説明する。
第１〜第７の実施形態のような写像方式の電子線装置においては、ビーム電流を制限しているのはクーロン効果である。クーロン効果によるボケをδｃとすると、
δｃ＝Ｉ・Ｌ／（α・Ｖ３／２）      （５）
ただし、Ｉ：ビーム電流
Ｌ：鏡筒長
α：開口角
Ｖ：電子ビームエネルギ
で表される。
一方、写像方式の電子線装置においては、収差の内、軸上色収差が支配的（他の収差に比べて１桁以上大きい）であり、それ以外の収差はレンズ構成の工夫によって十分小さく抑えることができる。したがって、軸上色収差をゼロとすることにより収差を約１／１０に低減することができ、それに反比例して開口角αを約１０倍大きくすることができる。よって、式（５）から、ビーム電流を約１０倍にしてもボケが増大することがなく、ボケを増大させずに検査速度を向上させることができる。
すなわち、ビーム電流Ｉにより１つの画素を走査する時間をｔ、電子の電荷をｑ、画素あたりの２次電子検出量をＮ個、２次電子放出率をηとすると、以下の式が成立する。
Ｎ＝Ｉ・η・ｔ／ｑ
ショット雑音より十分に大きい信号を得るためには、Ｎを一定値以上に大きくする必要があるが、ビーム電流Ｉが大きくなれば時間ｔが小さくなっても一定のＮ値を得ることができる。したがって、走査時間を短くすることができるので、検査速度を向上させることができる。
【００３１】
また、図３に示した、１つの電子銃から放出される電子線をマルチ開口板によりマルチビームにしている第３の実施形態においては、電子銃としてＬａＢ６を使用した熱電子放出方式を採用することが好ましいが、このタイプの電子銃は、ショットキータイプの電子銃に対比して、色収差が約５倍大きい。これは、電子銃における色収差は、電子銃からの電子のエネルギ幅に依存し、エネルギ幅がショットキータイプの電子銃では０．６ｅＶであるのに対し、ＬａＢ６熱電子放出タイプでは３ｅＶであって前者の５倍となっているからである。
したがって、第３の実施形態においては、色収差をゼロとすることができるようにしたことにより、色収差補正機能を備えていない装置に比べて、検査速度を５倍向上させることができる。
さらに、シングルビーム又はマルチビームの写像投影型の鏡筒を複数並べた電子線装置においても、本発明の技術思想を適用すれば、検査速度を大幅に向上させることができることは言うまでもない。
【００３２】
以上説明したように、本発明の技術思想を試料評価装置及びリソグラフィ装置に適用した場合には、色収差を補正することができるのでビーム径を大きくすることができ、よって高スループットで処理を行うことができる。また、試料評価装置に適用した場合には、空間電荷効果を低減させることができるので、よりスループットが向上する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明に係る電子線装置の第１の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。
【図２】本発明に係る電子線装置の第２の実施形態である電子線描画装置の電子光学系を示す説明図である。
【図３】本発明に係る電子線装置の第３の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。
【図４】図３に示した試料評価装置における電子ビームの走査方法を示す説明図である。
【図５】本発明に係る電子線装置の第４の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。
【図６】本発明に係る電子線装置の第５の実施形態である転写装置の電子光学系を示す説明図である。
【図７】（Ａ）及び（Ｂ）は、マルチ光軸の試料評価装置に採用可能な、複数の光軸を有する色収差補正器の構成を示す平面図及び断面図である。
【図８】本発明に係る電子線装置の第６の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。
【図９】本発明に係る電子線装置の第７の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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