(57)【要約】  【課題】  大角度ビーム傾斜時に像ずれや像分解能劣化をおこさない荷電粒子ビームカラムを提供する。  【解決手段】  収差補正器１０を含む荷電粒子ビームカラムにおいて、偏向器５１を用いてコンデンサーレンズの物点を動かすことなく、ビームの第２コンデンサーレンズ７への入射方向を制御することにより、光軸上にある対物レンズ１７の物点を動かすことなく、試料１８面に対し大角度で傾斜した収束荷電粒子線ビームを形成する。このとき、収差補正器１０によりビーム傾斜による像移動や分解能低下が防止される。【選択図】  図１
2006054074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを供給するための荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの収束角度と収束位置を制御するための１枚以上のコンデンサーレンズと、前記荷電粒子ビームを試料面上に収束するための対物レンズと、前記コンデンサーレンズおよび前記対物レンズから生じる色収差および球面収差、またはそのどちらか一方の収差を補正するための収差補正器と、前記荷電粒子ビームの前記収差補正器への入射方向を制御する偏向器と、前記荷電粒子ビームを前記試料面上で走査する走査手段とを有し、光軸上にある前記対物レンズの物点を動かすことなく前記試料面に対して所定の角度で傾斜した前記荷電粒子線ビームを収束するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビームカラム。
【請求項２】
前記収差補正器が、電界型もしくは磁界型の多極子レンズ、および電磁界複合型の多極子レンズを組み合わせた２段以上４段以下の構成からなり、光軸を共通軸として配置してなることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビームカラム。
【請求項３】
荷電粒子ビームを供給するための荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの収束角度と収束位置を制御するための１枚以上のコンデンサーレンズと、前記荷電粒子ビームを試料表面上に収束するための対物レンズと、前記コンデンサーレンズおよび前記対物レンズから生じる色収差および球面収差、またはそのどちらか一方の収差を補正するための収差補正器と、前記収差補正器へ入射する前記荷電粒子ビームの入射位置と入射量を制限するためのコンデンサー可動絞りと、前記荷電粒子ビームを前記試料面上で走査する走査手段とを有し、前記コンデンサー可動絞りを制御して、光軸上にある前記対物レンズの物点を動かすことなく前記対物レンズの物点からの出射方向を変えて前記荷電粒子線ビームを前記対物レンズに入射させる制御手段を設置して、前記試料面に対して所定の角度で傾斜した前記荷電粒子線ビームを収束するようにしたことを特徴とする荷電粒子ビームカラム。
【請求項４】
前記コンデンサー可動絞りは、絞り穴と、前記制御手段により制御される２次元位置制御機構とを備え、前記絞り穴を、光軸中心からの距離と光軸の周りの回転角を所望の位置に設定することにより、光軸上にある前記対物レンズの物点を動かすことなく、前記対物レンズの物点からの前記荷電粒子線ビームの出射方向を制御するよう構成したことを特徴とする請求項３に記載の荷電粒子ビームカラム。
【請求項５】
前記収差補正器が、電界型もしくは磁界型の多極子レンズ、および電磁界複合型の多極子レンズを組み合わせた２段以上４段以下の構成からなり、光軸を共通軸として配置してなることを特徴とする請求項３又は４に記載の荷電粒子ビームカラム。
【請求項６】
前記収差補正器が、複数段の１２極子を有し、前記１２極子を一段または複数段励起することにより、前記荷電粒子線ビームの光軸に対する傾斜方向の５次開口収差を補正するよう構成されていることを特徴とする請求項２又は５に記載の荷電粒子ビームカラム。
【請求項７】
荷電粒子ビームを供給するための荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの収束角度と収束位置を制御するための１枚以上のコンデンサーレンズと、前記荷電粒子ビームを試料面上に収束するための対物レンズと、前記コンデンサーレンズおよび前記対物レンズから生じる色収差および球面収差、またはそのどちらか一方の収差を補正するための収差補正器と、前記荷電粒子ビームの前記収差補正器への入射方向を制御する偏向器と、前記偏向器の前方付近に設置されたコンデンサー可動絞りと、前記荷電粒子ビームを前記試料面上で走査する走査手段とを有し、光軸上にある対物レンズの物点を動かすことなく光軸に対して１０°度以上の角度で傾斜した荷電粒子ビームを形成し、前記収差補正器により前記荷電粒子ビームの傾斜による収差を補正するよう構成したことを特徴とする荷電粒子ビームカラム。
【請求項８】
前記コンデンサー可動絞りは、絞り穴を有し、光軸上から出し入れ可能に構成され、前記絞り穴の穴径の設定と前記偏向器の制御により、光軸に対して前記角度で傾斜した荷電粒子ビームを形成するようにしたことを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子ビームカラム。
【請求項９】
前記収差補正器が、電界型もしくは磁界型の多極子レンズ、および電磁界複合型の多極子レンズを組み合わせた２段以上４段以下の構成からなり、光軸を共通軸として配置してなることを特徴とする請求項７又は８に記載の荷電粒子ビームカラム。
【請求項１０】
前記偏向器は、光軸の周りの任意の方向に偏向する機能を有することを特徴とする請求項１又は７の荷電粒子ビームカラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム技術に係り、特に、試料面上に収束荷電粒子ビームを照射する検査解析装置、加工装置等の荷電粒子ビームカラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パターン表面の微細な３次元形状をＳＥＭなどの荷電粒子ビーム走査型の顕微鏡を用いて計測するためには、荷電粒子ビームを試料に対して斜めに入射させる必要がある。複数の方向から入射角度差の大きいビームで走査し、各々の二次電子画像から試料表面の高さや傾斜などの情報を求めることができるからである。
【０００３】
これを実行するために、機械的に試料を傾ける方法と試料を水平に保ち荷電粒子ビームを電磁気的に曲げる方法がある。試料に電圧をかけて試料直前の空間に減速電界をつくり、ビームを強収束して３ｎｍから５ｎｍという高分解能を得ている装置においては、試料を傾斜させると減速電界が歪んで通常の高分解能像が得られない。試料傾斜時の視野ずれが生じたり、機械的傾斜をおこなう時間がかかるので測定のスループットがおちてしまう。荷電粒子ビームを傾斜させる方法が高速性や再現性で有利であるが、通常のビーム収束角の１０倍以上の角度の傾斜ビームを形成して３次元形状観察をおこなう場合に、対物レンズの収差の影響が大きくなり、視野ずれ、スポットボケによる分解能低下、像の流れなどが生じ、通常の垂直入射時にくらべ大幅に分解能が低下する。
【０００４】
ビーム傾斜時のスポットのボケや位置ずれを低減する為に、対物レンズのフィールド内に偏向ユニットを導入し、所望の傾斜角度で倍率色収差を打ち消す方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
また、対物レンズの前に設置したウィーンフィルターを用いて、あらかじめ傾斜させる角度に応じて、対物レンズの倍率色収差を打ち消すだけのエネルギー分散をつくって倍率色収差による像のボケを補正する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
また、収差補正の観点からは、荷電粒子ビームの離軸距離が大きく、補正の効果の大きい、対物レンズ周辺で４極子場や８極子場を重畳し、ある傾斜方向に対応して対物レンズの色収差、球面収差を打ち消して分解能低下を防止する手段が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開２０００−３４８６５８号公報
【特許文献２】特開２００１−１５０５５号公報
【特許文献３】米国特許第６,６２７,８９０号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
電子ビームをプローブとして半導体ウェハーパターンを測長する装置においては、加速電圧１ｋＶ程度の低加速電子ビームを、３ｎｍほどのスポットに収束させて試料面上を走査して二次電子画像を取得する。ウェハーパターンの３次元形状からプロセスの管理に必要な情報を得る為に、ビーム傾斜の角度が１０度〜２０度という大角度傾斜観察の要求がある。このような大角傾斜観察では、ビームのズレやボケが、無視できない分解能低下や視野ずれにつながっている。
【０００９】
図３に、ビーム傾斜時のビームボケの様子を模式的に示す。図３（ａ）に示すように、対物レンズ１７の光軸６０外を通すことにより試料１８面に対して傾斜ビームを得るが、１次色収差、３次幾何収差（球面収差、像面湾曲、歪み収差、非点収差、コマ収差）の影響を受けてスポット形状が歪み、図３（ｂ）に示すように、スポット位置もずれ、入射荷電粒子のエネルギーのばらつきにより横方向にのびる。図中、光軸６０を紙面に垂直とした場合における、６３は基準のエネルギーの荷電粒子による試料面上のスポット形状、６４は基準のエネルギーより低エネルギーの荷電粒子による試料面上のスポット形状、６５は基準のエネルギーより高エネルギーの荷電粒子による試料面上のスポット形状の各概観を示す。
【００１０】
上述した従来例（特許文献１）の方法では、ビーム傾斜時のスポットのボケや位置ずれを低減する為に、対物レンズのフィールド内に偏向ユニットを導入し、所望の傾斜角度で倍率色収差を打ち消すようにしているが、対物レンズのごく近傍またはフィールド内に偏向ユニットを配置する空間を確保せねばならず、磁場界浸型や減速電界がかかる高分解能型の対物レンズのレンズ界に影響することなく組み込むのに困難がある。
【００１１】
また、従来例（特許文献２）の方法では、対物レンズの前に設置したウィーンフィルターを用いて、あらかじめ傾斜させる角度に応じて、対物レンズの倍率色収差を打ち消すだけのエネルギー分散をつくって倍率色収差による像のボケを補正するようにしているが、ウィーンフィルターのエネルギー分散をする方向が決まるため、特定の方向への傾斜にのみ対応している。これらは主に対物レンズの倍率色収差の補正によりスポットボケを小さくして分解能低下の防止を目的とするものである。しかし、大角度ビーム傾斜では、対物レンズの球面収差に由来するサブミクロンオーダーに達する視野ずれも同時に発生するので、新たに電磁気的ビームシフトによる補正措置が必要になる。
【００１２】
また、従来例（特許文献３）の方式でも、収差補正の観点から、荷電粒子ビームの離軸距離が大きく、補正の効果の大きい、対物レンズ周辺で４極子場や８極子場を重畳し、ある傾斜方向に対応して対物レンズの色収差、球面収差を打ち消して分解能低下を防止する手段を講じているが、磁場界浸型や減速電界のかかる高分解能型の、対物レンズのレンズ界に影響することなく多極子場発生機構を組み込むのは空間的に困難があり、４極子場、８極子場の方向に応じて、傾斜方向も限られるという課題が残る。
【００１３】
そこで、本発明は、大角度ビーム傾斜時に像ずれや像分解能劣化をおこさない荷電粒子ビームカラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の荷電粒子ビームカラムは、下記に示す特徴を有する。
【００１５】
（１）荷電粒子ビームを供給するための荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの収束角度と収束位置を制御するための１枚以上のコンデンサーレンズと、前記荷電粒子ビームを試料面上に収束するための対物レンズと、前記コンデンサーレンズおよび前記対物レンズから生じる色収差および球面収差、またはそのどちらか一方の収差を補正するための収差補正器と、前記荷電粒子ビームの前記収差補正器への入射方向を制御する偏向器と、前記荷電粒子ビームを前記試料面上で走査する走査手段とを有し、光軸上にある前記対物レンズの物点を動かすことなく前記試料面に対して所定の角度で傾斜した前記荷電粒子線ビームを収束するようにしたことを特徴とする。
【００１６】
（２）荷電粒子ビームを供給するための荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの収束角度と収束位置を制御するための１枚以上のコンデンサーレンズと、前記荷電粒子ビームを試料表面上に収束するための対物レンズと、前記コンデンサーレンズおよび前記対物レンズから生じる色収差および球面収差、またはそのどちらか一方の収差を補正するための収差補正器と、前記収差補正器へ入射する前記荷電粒子ビームの入射位置と入射量を制限するためのコンデンサー可動絞りと、前記荷電粒子ビームを前記試料面上で走査する走査手段とを有し、前記コンデンサー可動絞りを制御して、光軸上にある前記対物レンズの物点を動かすことなく前記対物レンズの物点からの出射方向を変えて前記荷電粒子線ビームを前記対物レンズに入射させる制御手段を設置して、前記試料面に対して所定の角度で傾斜した前記荷電粒子線ビームを収束するようにしたことを特徴とする。
【００１７】
（３）前記（２）の荷電粒子ビームカラムにおいて、前記コンデンサー可動絞りは、絞り穴と、前記制御手段により制御される２次元位置制御機構とを備え、前記絞り穴を、光軸中心からの距離と光軸の周りの回転角を所望の位置に設定することにより、光軸上にある前記対物レンズの物点を動かすことなく、前記対物レンズの物点からの前記荷電粒子線ビームの出射方向を制御するよう構成したことを特徴とする。
【００１８】
（４）荷電粒子ビームを供給するための荷電粒子源と、前記荷電粒子源から放出された荷電粒子ビームの収束角度と収束位置を制御するための１枚以上のコンデンサーレンズと、前記荷電粒子ビームを試料面上に収束するための対物レンズと、前記コンデンサーレンズおよび前記対物レンズから生じる色収差および球面収差、またはそのどちらか一方の収差を補正するための収差補正器と、前記荷電粒子ビームの前記収差補正器への入射方向を制御する偏向器と、前記偏向器の前方付近に設置されたコンデンサー可動絞りと、前記荷電粒子ビームを前記試料面上で走査する走査手段とを有し、光軸上にある対物レンズの物点を動かすことなく光軸に対して１０°度以上の角度で傾斜した荷電粒子ビームを形成し、前記収差補正器により前記荷電粒子ビームの傾斜による収差を補正するよう構成したことを特徴とする。
【００１９】
（５）前記（４）の荷電粒子ビームカラムにおいて、前記コンデンサー可動絞りは、絞り穴を有し、光軸上から出し入れ可能に構成され、前記絞り穴の穴径の設定と前記偏向器の制御により、光軸に対して前記角度で傾斜した荷電粒子ビームを形成するようにしたことを特徴とする。
【００２０】
（６）前記構成の荷電粒子ビームカラムにおいて、前記収差補正器が、電界型もしくは磁界型の多極子レンズ、および電磁界複合型の多極子レンズを組み合わせた２段以上４段以下の構成からなり、光軸を共通軸として配置してなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、大角度ビーム傾斜時に像ずれや像分解能劣化をおこさない荷電粒子ビームカラムを実現できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。
【００２３】
本発明を実施するための最良の形態として、電子を荷電粒子として用いる場合を説明する。陽子やイオンなど他の荷電粒子についてもレンズや収差補正器の構成はその種類に応じて変わるが原理的には同一の考えで適用できる。
【００２４】
（実施例１）
図１に、本発明の第１の実施例である電子ビームカラムの概略構成および電子ビーム軌道を示す。
【００２５】
ショットキー電子源１は、タングステンの単結晶に酸素とジルコニウムなどを拡散させショットキー効果を利用する電子源で、その近傍にサプレッサー電極２、引き出し電極３が設けられる。ショットキー電子源１を加熱し、引き出し電極３との間に＋２ｋＶ程度の電圧を印加することにより、ショットキー電子源１よりショットキー電子を放出させることができる。サプレッサー電極２には負電圧が印加され、ショットキー電子源１の先端以外から放出される電子を抑制する。引き出し電極３の穴を出た電子は、第１陽極４、第２陽極５で形成される静電レンズにより加速、収束される。続いて、第１コンデンサーレンズ６、コンデンサー可動絞り３１にてビーム径を制限され、第２コンデンサーレンズ７、および上偏向コイル８、下偏向コイル９を通り、収差補正器１０に入射する。
【００２６】
第１コンデンサーレンズ６と第２コンデンサーレンズ７の間のクロスオーバー（コンデンサーレンズ７の物点）４０の位置に偏向器５１を設け、この偏向器５１により第２コンデンサーレンズ７に入射するビームの方向と傾斜を制御する。偏向器５１により１段偏向でクロスオーバー４０を動かさずに、そこからの出射方向を変えることができる。偏向器５１は、一方向への偏向だけでなく光軸の周りの任意の方向に偏向する機能をもつものが望ましい。クロスオーバー４０の位置に偏向器が設けられない場合には、第２コンデンサーレンズ７からみてクロスオーバー４０の位置から角度を違えてビームが出射するように見えるよう他の場所で２段偏向をおこなうことにより、同等の効果を得られる。
【００２７】
上偏向コイル８、下偏向コイル９により第２コンデンサーレンズ７の軸と収差補正器１０の軸を一致させる。収差補正器１０は、多極子レンズ１１、複合型多極子レンズ１２、複合型多極子レンズ１３および多極子レンズ１４を、光軸６０を共通軸として配置したものである。色収差を補正しようとする場合には、光軸に垂直な面内に、多極子レンズ１１および１４により４極子電場あるいは４極子磁場、複合型多極子レンズ１２および１３により４極子電場および光軸に垂直な面内で４極子電場に比べ光軸に対し４５°回転した４極子磁場を形成する。これらの場は、４極、８極、あるいは１２極の電極（磁極を兼ねてもよい）を用いて形成する。色収差だけでなく３次球面収差まで補正しようとする場合は、上記電極で４極子場の他に８極子場を形成して重畳する。５次球面収差の補正には１２極子場が必要で、これらの場合は、多極子レンズには８極子や１２極子が必要である。収差補正器１０により対物レンズ１７と相殺する色収差や球面収差を与えられた電子ビームは、上走査コイル１５、下走査コイル１６を経て対物レンズ１７にて、試料１８上に収束、走査される。
【００２８】
本実施例を、走査電子顕微鏡や半導体測長装置として使用する場合には、２次電子や反射電子を検出し画像化する機構が取り付けられるが、ここでは図示していない。対物レンズ１７は、磁界型あるいは電界型あるいは電界磁界複合型の回転対称のレンズが用いられる。走査電子顕微鏡の場合には、対物レンズ１７の上方に対物絞りが入るが、ここでは図示していない。電子ビームによる試料破壊を防ぎ、収差を減らすために、試料１８と対物レンズ１７の間で電子が減速されるようにリターディング電源２９にて試料１８に電圧をかける場合もある。
【００２９】
上述した本実施例における電子線装置の部品はすべて真空容器に格納され、真空外の各々の電流源や電圧源（２０〜２９）とコネクターを通じて電気的に繋がっている。図１中、２０は電子銃電源、２１は制御電圧源、２２は加速電圧源、２３は第１コンデンサーレンズ電源、２４は第２コンデンサーレンズ電源、２５は偏向コイル電源、２６は収差補正器電源、２７は走査コイル電源、２８は対物レンズ電源、２９はリターディング電源、
３５は非点補正コイル３６用の電源、３７は対物アライナー３８用の電源、５０は偏向器電源である。真空容器内の各部品の支持法については簡単のため図示していない。これらの電源を制御コンピュータ３０を通じてコントロールすることにより、電子ビームを発生させ、走査など制御することができる。
【００３０】
試料面上の傾斜角６１およびその方向は、偏向器５１によるビームの偏向量と偏向方向により制御される。ビーム収束角６２は、コンデンサー可動絞り３１の穴径により制限される。通常の軸上観察（図中の点線で示した軌道）の収束角が１０mradのとき、その２０倍の２００mrad（約１１.５°）の傾斜角度の傾斜ビームがほしい場合、コンデンサー絞りの穴径を通常の軸上観察で使用するものの２０倍の穴径の絞り穴を光軸６０上に入れて収差補正器を調整後、通常観察の絞り穴を光軸６０上にもどし、偏向器５１にて試料面上で２００mradの傾斜に対応する角度分を偏向する。
【００３１】
この電子光学系で重要なのは、対物レンズの物点（クロスオーバー）４４を動かさずに、そこに傾斜して電子ビームが入ってくるように、第１コンデンサーレンズ６、第２コンデンサーレンズ７、偏向器５１、収差補正器１０、上偏向コイル８、下偏向コイル９を調整することである。この条件からはずれると、対物レンズ１７の軸外収差は収差補正器１０で補正できずに、傾斜ビームはボケてしまう。なお、図１では、対物レンズの物点４４が収差補正器１０の後方にあるが、前方にあってもよい。しかし、実際の装置では、物点４４から対物レンズ１７までの空間に２次電子や反射電子の検出機構などが取りつくので、この空間に収差補正器１０を配置するのは難しい。本実施例では、偏向器５１により高速な傾斜方向の切り替えが可能になるので、偏向設定値の正負を逆にして数組の画像を取り込み、その見え方の差からオフセット分を算出することにより、試料表面の３次元計測時のビーム傾斜のゼロ合わせなどが容易になる。傾斜方向と角度が制御できるので、溝部の奥が見えやすいような傾斜にするなど試料に応じた対応が瞬時にとれる利点がある。
【００３２】
対物レンズ１７の物点４４から光軸に対して斜めに出射した荷電粒子ビームは、対物レンズ１７の収束作用により試料１８上に傾斜してフォーカスする。試料面上でのビーム傾斜角を制御するためには、対物レンズの物点４４から出射するビームの方向と角度を制御すればよい。これを収差補正器１０の前方にある第２コンデンサーレンズ７への荷電粒子ビームの入射を制御することによりおこなう。このとき収差補正器１０を動作させなければ、このビーム傾斜動作により、試料面上では対物レンズの倍率色収差および球面収差由来のスポットボケと移動がともない、像分解能の劣化を引き起こす。第２コンデンサーレンズ７と対物レンズ１７との間に配置される収差補正器１０を、傾斜する軌道（図中の実線）を光軸６０を軸として回転させた大角度収束軌道について、球面収差、色収差を補正する条件で調整する。図中、４２、４３は、それぞれ、４極子場により分離された、光軸を含んで互いに直交する２つの面内の軌道を示す。
【００３３】
球面収差、色収差を補正する収差補正器は、公知のもの（例えば、J.Zach, et al: Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, A363(1995), pp.316-325参照）を使用し、ここではその原理については説明を省略する。
【００３４】
通常の試料へビームが垂直に入射するときの収束角の１０倍の大角度傾斜をする場合には、対物レンズに１０倍の開き角をもって入射するビームに対して球面収差、色収差を問題にならないレベルまで打ち消すように調整する。球面収差の大きさは収束角の３乗に比例するので、今まで対物レンズの球面収差係数を１/１０に減少させて使用していた収差補正器ならば、球面収差係数を１/１００００以下になるように微細に収差補正器を調整する必要がある。色収差については、収束角に比例するので今まで対物レンズの色収差係数を１/１０に減少させて使用していた収差補正器ならば、１/１００以下になるよう調整する。これは、収差補正器中の４極子および８極子を励起する電圧源、電流源をより精度よく設定し、安定して動作させることにより達成される。大角度収束軌道の一部分をコンデンサーレンズへの入射ビームの角度と方向を制限して使うことにより、傾斜軌道（図中の実線）が得られ、このとき対物レンズの倍率色収差および球面収差由来のスポットボケとスポット移動が抑えられるので、像分解能は通常観察時にくらべて劣化しない。
【００３５】
このように、本実施例では、荷電粒子ビームの収差補正器への入射方向を制御する偏向器と、コンデンサーレンズおよび対物レンズから生じる色収差および球面収差、またはそのどちらか一方の収差を補正するための収差補正器とを用いることにより、光軸上にある対物レンズの物点を動かすことなく試料面に対して所定の角度で傾斜した荷電粒子線ビームを形成し、収束させることができる。また、本実施例は、走査型電子顕微鏡、半導体検査装置、収束イオンビーム装置などへ利用の可能性がある。
【００３６】
（実施例２）
図２に、本発明の第２の実施例の概略構成および電子ビーム軌道を示す。
【００３７】
本実施例では、図１で示した第１の実施例における偏向器５１を装備せずに、収差補正器１０へ入射する前記荷電粒子ビームの入射位置と入射量を制限するためのコンデンサー可動絞り３１と、コンデンサー可動絞り３１を制御して、光軸上にある対物レンズの物点４４を動かすことなく対物レンズの物点４４からの出射方向を変えて荷電粒子線ビームを対物レンズ１７に入射させる制御手段を設けることにより、前記試料面に対して所定の角度で傾斜した前記荷電粒子線ビームを収束するよう構成する。
【００３８】
図において、制御コンピュータ３０により、２次元位置制御機構３２を設けてコンデンサー可動絞り３１を、光軸に垂直な面内で所望の位置に動かすことができるようにしている。傾斜ビームの傾斜角６１およびその光軸の周りの回転方向は、コンデンサー可動絞り３１の絞り穴の、光軸６０からの距離と回転角により決定され、傾斜ビームの収束角６２は絞りの穴径により決定される。
【００３９】
図１および図２に示した実施例における傾斜軌道では、その傾斜角６１が大きくなるに従い、５次開口収差の影響が顕著になる。収差補正器１０の構成要素の多極子を１２極子で構成しておき１２極子場を重畳することにより、特に、複合型多極子レンズ１２、１３で１２極子場を励起することにより、ｘおよびｙ方向（光軸６０がｚ軸）に傾斜させたとき、５次開口収差の傾斜方向成分を補正することができ、像ずれをおこさない。
【００４０】
（実施例３）
図４に、本発明の第３の実施例として、本発明を組み込んだＣＤ−ＳＥＭ（測長ＳＥＭ）の主要構成を示す。
【００４１】
このＣＤ−ＳＥＭは、室内が真空に排気される検査室９０と、コンピュータ３０、およびそれにより制御される各種制御電源群（２０〜２９、３５、３７、５０、７４，７５，８１）、画像処理部７６とモニター７７、検査室９０に試料を搬送するための予備室（図示せず）を備えている。検査室９０は、図１に示された収差補正器付の電子ビームカラムに加えて電子ビームを試料に照射したときに発生する２次電子を検出するための機構と試料を搬送、移動させるための試料ステージが組み込まれている。電子ビームの収束スポット４５を走査コイル１５、１６を用いて試料１８（例えば、半導体ウェハー）上を走査させる。そのとき発生する２次電子７０は、試料１８に電源２９により印加される負の電圧で加速され上方に配置したＥ×Ｂ偏向器７１まで達する。Ｅ×Ｂ偏向器７１にかける電圧と磁界強度を適当に調整することにより入射１次ビームの軌道は変えられず、２次電子７１は偏向されて反射板７２に衝突する。この衝突により、反射板１７からは第２の２次電子が発生し、反射板１７の近傍に配置された２次電子検出器７３に効率よく収集され電気信号に変換される。電子線の走査と同期して検出することにより試料表面の画像を得ることができ、その画像を画像処理部７６で処理し、ラインプロファイルなどを抽出し、標準寸法試料の画像やラインプロファイルと比較することにより試料表面上のパターンの測長をおこなうことができる。画像処理装置７６により処理された画像や測長結果は、モニター７７上で観察することができる。
【００４２】
以上詳述したように、本発明によれば、大角度（１０°以上）ビーム傾斜時に像ずれや像分解能劣化をおこさない傾斜観察用荷電粒子ビームカラムを実現でき、走査型電子顕微鏡、半導体検査装置、収束イオンビーム装置などへ利用の可能性がある。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施例である電子ビームカラムの概略構成および電子ビーム軌道を説明する図。
【図２】本発明の第２の実施例の概略構成および電子ビーム軌道を説明する図。
【図３】ビーム傾斜時の試料面上のスポット形状を説明する図。
【図４】本発明の第３の実施例を組み込んだＣＤ−ＳＥＭの主要構成を説明する図。
【符号の説明】
【００４４】
１…ショットキー電子源、２…サプレッサー電極、３…引き出し電極、４…第１陽極、５…第２陽極、６…第１コンデンサーレンズ、７…第２コンデンサーレンズ、８…上偏向コイル、９…下偏向コイル、１０…収差補正器、１１…多極子レンズ、１２…複合型多極子レンズ、１３…複合型多極子レンズ、１４…多極子レンズ、１５…上走査コイル、１６…下走査コイル、１７…対物レンズ、１８…試料、２０…電子銃電源、２１…制御電圧源、２２…加速電圧源、２３…第１コンデンサーレンズ電源、２４…第２コンデンサーレンズ電源、２５…偏向コイル電源、２６…収差補正器電源、２７…走査コイル電源、２８…対物レンズ電源、２９…リターディング電源、３０…コンピュータ、３１…コンデンサー可動絞り、３２…可動絞り制御電源、３５…非点補正コイル電源、３６…非点補正コイル、３７…対物アライナー電源、３８…対物アライナー、４０…クロスオーバー（コンデンサーレンズ物点）、４２…４極子場により分離された軌道、４３…４極子場により分離された４２と直交方向の軌道、４４…クロスオーバー（対物レンズ物点）、４５…収束スポット、５０…偏向器電源、５１…偏向器、６０…光軸、６１…傾斜角、６２…収束角、６３…基準のエネルギーの荷電粒子による試料面上のスポット形状概観、６４…基準より低エネルギーの荷電粒子による試料面上のスポット形状概観、６５…基準より高エネルギーの荷電粒子による試料面上のスポット形状概観、７０…２次電子、７１…Ｅ×Ｂ偏向器、７２…反射板、７３…２次電子検出器、７４…２次電子検出制御部、７５…Ｅ×Ｂ偏向器電源、７６…画像処理部、７７…モニター、８０…試料ステージ、８１…ステージ制御部、９０…検査室。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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