(57)【要約】一実施形態は、集束電子ビーム画像化装置に関連する。この装置は、電子ビームカラムと、電子源と、銃レンズと、事前走査偏向器と、主要走査偏向器と、対物レンズと、検出器とを含む。事前走査偏向器は、１２極型静電偏向器を含む。１２極型静電偏向器は、電子ビームを電子ビームカラムの光軸から離隔方向に制御可能に偏向させるように、構成される。別の実施形態は、集束電子ビーム画像化機器内の標的基板上において電子ビームを走査する方法に関連する。事前走査偏向器を用いて、電子ビームを電子ビームカラムの光軸から離隔方向において三次偏向収差無しに制御可能に偏向する。その後、主要走査偏向器を用いて、電子ビームを再度光軸に向かって制御可能に偏向させて、対物電子レンズの中央において電子ビームを通過させる。
2014507051.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束電子ビーム画像化装置であって、
電子を出射するように構成された電子源と、
前記電子を電子ビーム中に集束させるように構成された銃レンズであって、前記電子ビームは、前記装置の光軸を下方に移動する、銃レンズと、
前記電子ビームを前記光軸から離隔方向に制御可能に偏向させるように構成された事前走査偏向器であって、前記事前走査偏向器は、１２極型静電偏向器を含む、事前走査偏向器と、
前記電子ビームを再度前記光軸へと制御可能に偏向させるように構成された主要走査偏向器と、
標的基板の表面上のスポット上に前記電子ビームを集束させるように構成された対物レンズと、
前記標的基板の表面からの散乱電子を検出するように構成された検出器と、
を含む、集束電子ビーム画像化装置。
【請求項２】
前記１２極型静電偏向器は、
１２個の電極プレートと、
円筒状容積の周囲の絶縁体であって、前記円筒状容積の軸は前記光軸であり、前記１２個の電極プレートは、前記円筒状容積の周囲上に取り付けられる、絶縁体と、
前記１２個の電極プレート内の開口円筒状空間であって、前記開口円筒状空間の軸は、前記光軸である、開口円筒状空間と、
前記絶縁体の外部上に配置された接地シールドと、
を含む、請求項１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項３】
前記１２極型静電偏向器は、
ラジアル角度２α１に及ぶように構成された第１の電極プレートと、
前記第１の電極プレートに隣接する第１の隙間であって、前記第１の隙間はラジアル角度２δに及ぶ、第１の隙間と、
前記第１の隙間に隣接する第２の電極であって、前記第２の電極は、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第２の電極と、
前記第２の電極プレートに隣接する第２の隙間であって、前記第２の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第２の隙間と、
前記第２の隙間に隣接する第３の電極であって、前記第３の電極は、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、
前記第３の電極プレートに隣接する第３の隙間であって、前記第３の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第３の隙間と、
を含み、
前記第１の電極プレートと共に、前記第１の隙間、前記第２の電極プレート、前記第２の隙間、前記第３の電極プレートおよび前記第３の隙間は、ラジアル角度９０度に及ぶ、
請求項１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項４】
α１＝２３度、α２＝１６度、およびδ＝２度である、請求項３に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項５】
前記１２極型静電偏向器は、
ラジアル角度２α１に及ぶように構成された第１の電極プレートと、
前記第１の電極プレートに隣接する第１の隙間であって、前記第１の隙間はラジアル角度２δに及ぶ、第１の隙間と、
前記第１の隙間に隣接する第２の電極プレートであって、前記第２の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第２の電極プレートと、
前記第２の電極プレートに隣接する第２の隙間であって、前記第２の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第２の隙間と、
前記第２の隙間に隣接する第３の電極プレートであって、前記第３の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第３の電極プレートと、
前記第３の電極プレートに隣接する第３の隙間であって、前記第３の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第３の隙間と、
前記第３の隙間に隣接する第４の電極プレートであって、前記第４の電極プレートは、ラジアル角度２α１に及ぶように構成される、第４の電極プレートと、
前記第４の電極プレートに隣接する第４の隙間であって、前記第４の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第４の隙間と、
前記第４の隙間に隣接する第５の電極プレートであって、前記第５の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第５の電極プレートと、
前記第５の電極プレートに隣接する第５の隙間であって、前記第５の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第５の隙間と、
前記第５の隙間に隣接する第６の電極プレートであって、前記第６の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第６の電極プレートと、
前記第６の電極プレートに隣接する第６の隙間であって、前記第６の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第６の隙間と、
前記第６の隙間に隣接する第７の電極プレートであって、前記第７の電極プレートは、ラジアル角度２α１に及ぶように構成される、第７の電極プレートと、
前記第７の電極プレートに隣接する第７の隙間であって、前記第７の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第７の隙間と、
前記第７の隙間に隣接する第８の電極プレートであって、前記第８の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第８の電極プレートと、
前記第８の電極プレートに隣接する第８の隙間であって、前記第８の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第８の隙間と、
前記第８の隙間に隣接する第９の電極プレートであって、前記第９の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、
前記第９の電極プレートに隣接する第９の隙間であって、前記第９の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第９の隙間と、
前記第９の隙間に隣接する第１０の電極プレートであって、前記第１０の電極プレートは、ラジアル角度２α１に及ぶように構成される、第１０の電極プレートと、
前記第１０の電極プレートに隣接する第１０の隙間であって、前記第１０の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第１０の隙間と、
前記第１０の隙間に隣接する第１１の電極プレートであって、前記第１１の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第１１の電極プレートと、
前記第１１の電極プレートに隣接する第１１の隙間であって、前記第１１の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第１１の隙間と、
前記第１１の隙間に隣接する第１２の電極プレートであって、前記第１２の電極プレートは、ラジアル角度α２に及ぶように構成される、第１２の電極プレートと、
前記第１２の電極プレートに隣接する第１２の隙間であって、前記第１２の隙間は、ラジアル角度２δに及ぶ、第１２の隙間と、
を含み、
α１＝２３度、α２＝１６度およびδ＝２度である、
請求項１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項６】
前記第１の電極プレート、第３の電極プレートおよび第１１の電極プレートへ付加される第１の電圧信号＋Ｖｘと、
前記第５の電極プレート、第７の電極プレートおよび第９の電極プレートへ付加される第２の電圧信号-Ｖｘと、
前記第２の電極プレート、第４の電極プレートおよび第６の電極プレートへ付加される第３の電圧信号＋Ｖｙと、
前記第８の電極プレート、第１０の電極プレートおよび第１２の電極プレートへ付加される第４の電圧信号-Ｖｙと、
をさらに含む、請求項１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項７】
前記主要走査偏向器は、１２電極静電偏向器を含む、請求項１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項８】
１２極型静電偏向器であって、
１２個の電極プレートであって、前記１２個の電極プレートは、第１の電極プレート、第２の電極プレート、第３の電極プレート、第４の電極プレート、第５の電極プレート、第６の電極プレート、第７の電極プレート、第８の電極プレート、第９の電極プレート、第１０の電極プレート、第１１の電極プレートおよび第１２の電極プレートを含む、１２個の電極プレートと、
円筒状容積の周囲の絶縁体であって、前記円筒状容積の軸は前記光軸であり、前記１２個の電極プレートは、前記円筒状容積の周囲上に取り付けられる、絶縁体と、
前記１２個の電極プレート内の開口円筒状空間であって、前記開口円筒状空間の軸は、前記光軸である、開口円筒状空間と、
を含み、
前記第１の電極プレートは、第１のラジアル角度に及ぶように構成され、
第１の隙間は、前記第１の電極プレートに隣接し、前記第１の隙間は、隙間ラジアル角度に及び、
前記第２の電極プレートは、前記第１の隙間に隣接し、前記第２の電極プレートは、第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第２の隙間は、前記第２の電極プレートに隣接し、前記第２の隙間は、前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第３の電極プレートは前記第２の隙間に隣接し、前記第３の電極プレートは、前記第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第３の隙間は前記第３の電極プレートに隣接し、前記第３の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第４の電極プレートは前記第３の隙間に隣接し、前記第４の電極プレートは、前記第１のラジアル角度に及ぶように構成され、
第４の隙間は前記第４の電極プレートに隣接し、前記第４の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第５の電極プレートは前記第４の隙間に隣接し、前記第５の電極プレートは、前記第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第５の隙間は前記第５の電極プレートに隣接し、前記第５の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第６の電極プレートは前記第５の隙間に隣接し、前記第６の電極プレートは、前記第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第６の隙間は前記第６の電極プレートに隣接し、前記第６の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第７の電極プレートは前記第６の隙間に隣接し、前記第７の電極プレートは、前記第１のラジアル角度に及ぶように構成され、
第７の隙間は前記第７の電極プレートに隣接し、前記第７の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第８の電極プレートは前記第７の隙間に隣接し、前記第８の電極プレートは、前記第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第８の隙間は前記第８の電極プレートに隣接し、前記第８の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第９の電極プレートは前記第８の隙間に隣接し、前記第９の電極プレートは、前記第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第９の隙間は前記第９の電極プレートに隣接し、前記第９の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第１０の電極プレートは前記第９の隙間に隣接し、前記第１０の電極プレートは、前記第１のラジアル角度に及ぶように構成され、
第１０の隙間は前記第１０の電極プレートに隣接し、前記第１０の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第１１の電極プレートは前記第１０の隙間に隣接し、前記第１１の電極プレートは、前記第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第１１の隙間は前記第１１の電極プレートに隣接し、前記第１１の隙間は前記隙間ラジアル角度に及び、
前記第１２の電極プレートは前記第１１の隙間に隣接し、前記第１２の電極プレートは、第２のラジアル角度に及ぶように構成され、
第１２の隙間は前記第１２の電極プレートに隣接し、前記第１２の隙間は前記隙間ラジアル角度に及ぶ、
１２極型静電偏向器。
【請求項９】
前記第１のラジアル角度は４６度であり、前記第２のラジアル角度は１６度であり、前記隙間ラジアル角度は４度である、請求項８に記載の１２極型静電偏向器。
【請求項１０】
前記絶縁体の外部上に配置された接地シールドをさらに含む、請求項８に記載の１２極型静電偏向器。
【請求項１１】
集束電子ビーム画像化装置であって、
電子を出射するように構成された電子源と、
前記電子を電子ビーム中に集束させるように構成された銃レンズであって、前記電子ビームは、前記装置の光軸を下方に移動する、銃レンズと、
前記電子ビームを前記光軸から離隔方向に制御可能に偏向させるように構成された事前走査偏向器であって、前記事前走査偏向器は、三次偏向収差を無くすように構成される、事前走査偏向器と、
前記電子ビームを再度前記光軸へと制御可能に偏向させるように構成された主要走査偏向器と、
前記電子ビームを標的基板の表面上のスポット上へ集束させるように構成された対物レンズと、
前記標的基板の表面から散乱電子を検出するように構成された検出器と、
を含む、集束電子ビーム画像化装置。
【請求項１２】
前記事前走査偏向器は１２極型電極型偏向器を含む、請求項１１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項１３】
前記事前走査偏向器は、２０極電極型偏向器を含む、請求項１１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項１４】
前記事前走査偏向器は、２８極電極型偏向器を含む、請求項１１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項１５】
前記主要走査偏向器は、三次偏向収差を無くすように構成される、請求項１１に記載の集束電子ビーム画像化装置。
【請求項１６】
集束電子ビーム画像化機器内の標的基板上に電子ビームを走査する方法であって、前記方法は、
事前走査偏向器を用いて前記電子ビームを電子ビームカラムの光軸から離隔方向に制御可能に偏向させることであって、前記事前走査偏向器は、前記電子ビームを三次偏向収差無しに偏向させるように構成される、ことと、
主要走査偏向器を用いて前記電子ビームを再度前記光軸へ向かって制御可能に偏向させて、対物電子レンズの中央において前記電子ビームを通過させることと、
を含む、方法。
【請求項１７】
前記事前走査偏向器による前記偏向は、前記事前走査偏向器内の電極を選択するための４つの電圧信号の付加によって制御される、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記事前走査偏向器は、１２、２０および２８からなる数の群からの複数の電極を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記主要走査偏向器は、前記電子ビームを三次偏向収差無しに偏向させるように構成される、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記事前走査偏向器は、１２、２０および２８からなる数の群からの複数の電極を含む、請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子ビーム画像化（イメージング）のための装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
集束電子ビーム（ＦＥＢ）を用いて、物品の微細構造の生成および／または検査を行うことができる。一般的な対象物品として、マイクロエレクトロニクス製造に用いられるシリコンウェーハがある。電子銃のエミッターから出射された電子によって形成されたＦＥＢは、微細構造検査のためにウェーハと相互作用した際、微細プローブとなる。この微細電子プローブを偏向システムによって駆動することにより、微細構造検査のためにウェーハ上において走査することが可能になる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
一実施形態は、集束電子ビーム画像化装置に関する。この装置は、電子ビームカラムと、電子源（エレクトロンソース）と、銃（ガン）レンズと、事前走査偏向器（プレスキャニングデフレクター）と、主要走査偏向器（メインスキャニングデフレクター）と、対物レンズ（オブジェクティブレンズ）と、検出器（ディテクター）とを含む。事前走査偏向器は、１２極型静電偏向器を含む。１２極型静電偏向器は、電子ビームを電子ビームカラムの光軸から離隔方向に制御可能に偏向させるように構成される。
【０００４】
別の実施形態は、集束電子ビーム画像化機器内の標的（ターゲット）基板上に電子ビームを走査する方法に関する。事前走査偏向器を用いることで、三次偏向収差無しに、電子ビームを電子ビームカラムの光軸から離隔方向に制御可能に偏向させることができる。その後、主要走査偏向器を用いて電子ビームを光軸に向かって制御可能に偏向させて、電子ビームを対物電子レンズ中心を通過させる。
【０００５】
別の実施形態は、１２極型静電偏向器に関する。１２極型静電偏向器は、絶縁体の円筒状内部に取り付けられた１２個の電極プレートを含む。これら１２個の電極プレートは、上方からみたときに円筒状内部軸に沿って下方に反時計回りに進むように（上方からみたときに軸を中心として反時計回り）、配置され得る。第１の電極プレートは、ラジアル角度（周方向の角度）２α１に及び、第１の隙間は第３の電極プレートに追随する。第２の電極プレートは、第１の隙間に追随し、ラジアル角度α２に及ぶ。第２の隙間は第３の電極プレートに追随する。第３の電極プレートは、ラジアル角度α２で第２の隙間に追随し、第３の隙間は第３の電極プレートに追随する。第４の電極プレートは、ラジアル角度２α１で第３の隙間に追随し、第４の隙間は第４の電極プレートに追随する。第５の電極プレートは、ラジアル角度α２で第４の隙間に追随し、第５の隙間は第５の電極プレートに追随する。第６の電極プレートは、ラジアル角度α２で第５の隙間に追随し、第６の隙間は第６の電極プレートに追随する。第７の電極プレートは、ラジアル角度２α１で第６の隙間に追随し、第７の隙間は第７の電極プレートに追随する。第８の電極プレートは、ラジアル角度α２で第７の隙間に追随し、第８の隙間は第８の電極プレートに追随する。第９の電極プレートは、ラジアル角度α２で第８の隙間に追随し、第９の隙間は第９の電極プレートに追随する。第１０の電極プレートは、ラジアル角度２α１で第９の隙間に追随し、第１０の隙間は第１０の電極プレートに追随する。第１１の電極プレートは、ラジアル角度α２で第１０の隙間に追随し、第１１の隙間は第１１の電極プレートに追随する。第１２の電極プレートは、ラジアル角度α２で第１１の隙間に追随し、第１２の隙間は第１２の電極プレートに追随する。上記したそれぞれの隙間は、ラジアル角度２δを有する。
【０００６】
他の実施形態、局面および特徴についても記載する。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の実施形態によるＦＥＢ画像形成機器の電子ビームカラムの電子光線図である。
【図２】本発明の実施形態によるＦＥＢ画像形成機器の電子ビームカラムの選択要素の断面図である。
【図３】本発明の実施形態による主要走査偏向器に用いることが可能な四極静電偏向器の上から見た図である。
【図４】出願人のコンピュータシミュレーションによって生成された図３の四極静電偏向器の等電位分布を示す。
【図５】本発明の実施形態による事前走査偏向器に用いることが可能な１２極型静電偏向器の上から見た図である。
【図６】出願人のコンピュータシミュレーションによって生成された図５の１２極型静電偏向器の特定の実施形態における等電位分布を示す。
【図７】図１〜図６に関連して記載した装置について、電子ビームシミュレーションに基づいた画像不均一性データを示すグラフである。
【図８】本発明の別の実施形態によるＦＥＢ画像形成機器の電子ビームカラムの選択要素を示す断面図である。
【図９】図８に示す装置について、電子ビームシミュレーションに基づいた画像不均一性データを示すグラフである。
【図１０】従来の装置について、電子ビームシミュレーションに基づいた画像不均一性データを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ＦＥＢ機器によってウェーハを検査する際のスループットは、ウェーハ全体（またはウェーハ内のダイ）の検査を完了するために必要な合計時間によってゲートされる（決定される）。この合計時間は、合計画素定着（滞留：留まる）時間と、合計走査再トレース時間と、合計ステージターンアラウンド時間とからなる。合計画素定着時間は、ウェーハ検査に用いられるビーム電流によりゲートされる。一般的に、ビーム電流の増加と共に、合計定着時間は短くなり得る。走査再トレース時間およびステージターンアラウンド時間はそれぞれ、ＦＥＢ機器内の走査システムの視野（ＦＯＶ）によって部分的に決定される。一般的に、ＦＯＶが大きくなるほど、再トレース時間およびステージターンアラウンド時間は短くなる。
【０００９】
出願人によれば、ＦＥＢ機器のスループットを増加させるために、ＦＥＢ機器の偏向システムの設計を向上することにより、大型ＦＯＶの走査領域上において高レベルの画像均一性を得ることが望ましい。本特許出願は、ＦＯＶ上において高レベルの画像均一性を維持しつつ、ＦＥＢ機器のＦＯＶを拡大するための装置および方法を開示する。
【００１０】
図１は、本発明の実施形態によるＦＥＢ画像形成機器の電子ビームカラムの電子光線(エレクトロン−オプティカル）図である。図１のＦＥＢ機器は、２レンズ画像形成システムを用いる。図１に示すように、銃レンズ（１）は、エミッター（ｏ）からの電子を集束させて、電子ビーム（ｅビーム）（Ｂ）を形成する。電子ビーム（ｅビーム）（Ｂ）は、カラムの光軸（ｚ）を下方に方向付けられ、作動距離（ワーキングディスタンス）が短い対物レンズ（２）により、ｅビーム（Ｂ）がさらに標的ウェーハ（７）上に集束される。
【００１１】
ＦＥＢカラムは、走査システムを含み得る。この走査システムは、高速走査のためのデュアル偏向器静電偏向システムを用いて、画素定着時間を低減する。デュアル偏向器走査システムは、事前走査偏向器（「事前走査器」）（５）と、主要走査偏向器（「主要走査器」）（３）とを含み、銃レンズ（１）と対物レンズ（２）との間に展開され得る。
【００１２】
電子ビーム（Ｂ）は、先ず事前走査器（５）によって偏向されて、偏向ビーム（Ｂ’）を形成する。その後、偏向ビーム（Ｂ’）は、主要走査器（３）によって再度偏向されて、対物レンズ（２）の中央を通過して、偏向収差（軸外収差）を最小化させる。デュアル偏向器走査システムにおいて、事前走査器（５）と主要走査器（３）との間において、最適化された偏向強度関係および最適化された偏向方向関係があり得、これらの関係において偏向収差が最小化される。本発明の一実施形態によれば、主要走査器（３）は、図３および図４に関連して以下に説明する四極静電偏向器を含み得る。事前走査器（５）は、図５および図６に関連して以下に説明する１２極型静電偏向器を含み得る。
【００１３】
走査ＦＯＶは、図１に示すように、フレーム走査領域または帯状走査高さ（swath scan height:スワススキャンハイト）、Ｈ（図においては水平方向の矢印で示されている幅）であり得る。帯状走査は、例えば、ウェーハ電子ビーム検査用途において用いることが可能である。偏向収差は、コマ、像面湾曲および非点収差について測定することができる。コマは、帯状走査高さ、Ｈに直接比例し、像面湾曲および非点収差は、Ｈの２乗に直接比例する。
【００１４】
図２は、本発明の実施形態によるＦＥＢ画像形成機器の電子ビームカラムの選択要素を示す断面図である。図１の銃レンズ（１）の磁気部は、磁極ピース（１Ａ）およびコイル（１Ｂ）によって形成され得、銃レンズ（１）の静電部は、電子エミッター（１Ｃ）、抽出器電極（引き出し電極）（１Ｄ）およびアノード電極（１Ｅ）によって形成され得る。
【００１５】
対物レンズ（２）の磁気部は、磁極ピース（２Ａ）およびコイル（２Ｂ）を含み得る。対物レンズ（２）の静電部は、接地電極（２Ｃ）、高速集束電極（２Ｄ）、ウェーハ帯電制御プレート（２Ｅ）およびウェーハ（７）を含み得る。銃レンズおよび対物レンズはどちらとも、磁場浸漬レンズ（磁場の中に配置されたレンズ）である。
【００１６】
この実施形態において、ｘｙ面走査のための主要走査器（３）は、図３に示すような四極静電偏向器であり得、４つの電極プレート（３１、３２、３３および３４）が４つの走査信号供給（＋Ｖｘ、−Ｖｘ、＋Ｖｙおよび-Ｖｙ）によって電気的に駆動される。これら４つの電極プレートは、円筒状絶縁体（３Ａ）において固定され、円筒状接地シールド（３Ｂ）が絶縁体（３Ａ）の周囲に配置される。接地シールドは、電気的に接地された金属を含み得る。これら４つのプレートの中心に対する角度は、角度αおよびα２によってそれぞれ規定され、プレート間の隙間角度は２δによって規定される。
【００１７】
図３に示すように、第１の走査信号電圧供給は、電圧信号＋Ｖｘを第１の電極プレート３１へ付加する。第２の走査信号電圧供給は、電圧信号＋Ｖｙを第２のプレート３２へ付加する。第３の走査信号電圧供給は、電圧信号−Ｖｘを第３の電極プレート３３へ付加する。第３のプレート３３は、第１のプレート３１に対向して配置される。第４の走査信号電圧供給は、電圧信号−Ｖｙを第４の電極プレート３４へ付加する。第４のプレート３４は、第２のプレート３２に対向して配置される。
【００１８】
図４は、出願人のコンピュータシミュレーションによって生成された等電位分布の図３の四極静電偏向器を示す。ｘ軸に沿って偏向界均質性を検査するために、シミュレーションにおいては、Ｖｘ＝１ボルト（すなわち、＋Ｖｘ＝＋１ボルトおよび-Ｖｘ＝−１ボルト）およびＶｙ＝０ボルト（すなわち、＋Ｖｙ＝−Ｖｙ＝０ボルト）と仮定する。
【００１９】
図４のコンピュータシミュレーションによる等電位分布は、四極型偏向器の中心領域が非均質であることを示す。これは、中心領域内の等電位線間の間隔が非均質になっていることにより、示される。このように偏向界が非均質となることに起因して、コマ、像面湾曲および非点収差の軸外収差（偏向収差）が発生する。像面湾曲および非点収差はＦＥＢ機器において修正可能である一方、コマは修正不可能であることが多い。そのため、コマは、走査ＦＯＶ上における画像均一性の劣化の主因となる。さらに、不均質な偏向界に起因するコマは、ビーム電流およびＦＯＶサイズ（例えば、帯状走査高さ、Ｈ）に直接比例する。その結果、ＦＥＢ機器のスループットが有効に限定される。なぜならば、ビーム電流およびＦＯＶサイズは、スループットに直接影響を与える重要要素であるからである。
【００２０】
上記した四極静電偏向器の非均質な偏向界に起因して、出願人によれば、より均一な偏向界の偏向器を用いて少なくとも事前走査器（５）を実行することが好適である。より詳細には、出願人によれば、事前走査器（５）は、三次収差を無くすように構成された多極静電走査器と共に好適に実行される。
【００２１】
簡潔さのため、Ｖｙがゼロである場合、偏向Ｖｘはオンである。その場合、四極静電偏向器における電位分布を、以下の級数として表すことができる。
【数１】
2014507051.tif 000003
【００２２】
上記の方程式（１）から分かるように、四極静電偏向器において、非ゼロ定数はＡｋであり、ｋ＝１、３、５などである。
【００２３】
級数中の定数Ａｋの値は、ｒ＝Ｒにおいて境界条件によって決定される。よって、定数Ａｋは、以下のように表すことができる。
【数２】
2014507051.tif 000004
【００２４】
一次（ｋ＝１）項によって示される初期場に起因して、電子ビームの所望の偏向が発生し、三次（ｋ＝３）およびより高次の項に起因して、偏向界内の収差が発生する。
【００２５】
Ｅｑ．（１）中のより高次の項（ｋ＞３）に起因するより高次の偏向収差は通常は、極めて小さい。その結果、図５中の１２極型偏向器のＥｑ．（１）は、以下によって概して得られる。
【数３】
2014507051.tif 000005
あるいは、
【数４】
2014507051.tif 000006
式中、
【数５】
2014507051.tif 000007
および
【数６】
2014507051.tif 000008
【００２６】
Ｅｑ．（６）中のρは、１２極型静電偏向器の偏向界の係数と呼ばれる。α１＝２３０、α２＝１６０およびδ＝２０である場合、ρは０．７９に等しい。
【００２７】
ｘ軸における偏向の電界は、一次定数、Ａ１によって規定される。すなわち、以下のようになる。
【数７】
2014507051.tif 000009
【００２８】
出願人によれば、方程式（１）における級数の三次項は、特に本開示によって教示される多極静電偏向器設計において有効にゼロになり得る。本発明の実施形態によれば、ｘｙ面走査のための事前走査器（５）は、このような設計によって実行することができる。
【００２９】
ゼロに近い三次収差を有する１２極型静電偏向器の設計を、図５および図６に関連して以下に説明する。図５は、１２極型静電偏向器のための出願人の設計を示す。この１２極型静電偏向器において、１２個の電極プレート（５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１および６２）は、４つの走査信号電圧供給（＋Ｖｘ、−Ｖｘ、＋Ｖｙおよび-Ｖｙ）によって電気的に駆動される。これら１２個の電極プレートは、円筒状絶縁体（５Ａ）内において固定され、円筒状接地シールド（５Ｂ）は、絶縁体（５Ａ）の周囲に配置される。この接地シールドは、電気的に接地された金属を含み得る。
【００３０】
反時計回り方向において、電極プレートは、５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７、５８、５９、６０、６１および６２である。これら１２個のプレートは、ｘ軸およびｙ軸上において機械的に対称である。これら１２個のプレートの中心に対する角度は、非均等であり、角度α１およびα２によって規定される。図５から分かるように、４つのより大型の電極プレート５１、５４、５７および６０それぞれについて、プレート角度（角度範囲）は２α１であり、８個のより小型の電極プレート５２、５３、５５、５６、５８、５９および６０それぞれについて、プレート角度（角度範囲）α２である。各一対の隣接電極プレート間の隙間角度は、２δに設定される。
【００３１】
第１のより大型の電極プレート５１は、θ＝＋α１〜θ＝−α１の角度範囲を網羅するようにθ＝０上にセンタリングされる。第２のより大型の電極プレート５４は、θ＝π／２＋α１〜θ＝π／２−α１の角度範囲を網羅するように、θ＝π／２上にセンタリングされる。第３のより大型の電極プレート５７は、θ＝＋α１〜θ＝π−α１の角度範囲を網羅するように、θ＝π上にセンタリングされる。最後に、第４のより大型の電極プレート６０は、θ＝３π／２＋α１〜θ＝３π／２−α１の角度範囲を網羅するように、θ＝３π／２上にセンタリングされる。
【００３２】
図５に示すように、第１の走査信号電圧供給は、電圧信号＋Ｖｘを３つの電極プレート５１、５３および６１に付加する。第２の走査信号電圧供給は、電圧信号-Ｖｘを３つの電極プレート５５、５７および５９に付加する。第３の走査信号電圧供給は、電圧信号＋Ｖｙを３つの電極プレート５２、５４および５６に付加する。第２の走査信号電圧供給は、電圧信号-Ｖｙを３つの電極プレート５８、６０および６２に付加する。
【００３３】
本発明の特定の実施形態において、ハーフギャップ角度δ＝２度である場合、第１のプレート角度α１＝２３度であり、第２のプレート角度α２＝１６度である。これらの特定の角度により、図５の１２極型静電偏向器において、偏向界の三次項を無くすことができる（かまたはほぼ無くすことができる）。
【００３４】
図６は、出願人のコンピュータシミュレーションによって生成された、図５の１２極型静電偏向器の特定の実施形態の等電位分布を示す。上述したように、このシミュレーションにおいて、δ＝２度、α１＝２３度、およびα２＝１６度である。ｘ軸に沿った偏向界均質性を検査するために、シミュレーションにおいて、Ｖｘ＝１ボルト（すなわち、＋Ｖｘ＝＋１ボルトおよび-Ｖｘ＝−１ボルト）およびＶｙ＝０ボルト（すなわち、＋Ｖｙ＝−Ｖｙ＝０ボルト）と仮定した。
【００３５】
図６のコンピュータシミュレーションによる等電位分布は、四極型偏向器の中心領域において均質性が大幅に向上していることを示す。これは、中心領域内の等電位線間の間隔がより均一になっていることから分かる。偏向界がより均質になっているため、コマ、像面湾曲および非点収差の軸外収差（偏向収差）が低減する。詳細には、コマに起因する収差が低減する。有利なことに、コマが低減することにより、ビーム電流およびＦＯＶサイズの増加が可能になり、その結果、ＦＥＢ機器のスループット増大が可能となる。
【００３６】
再度図２を参照して、主要走査器（３）および一対のヨークコイル（９）は、信号電子（８）を検出器（１０）へ偏向させるためのウィーンフィルターを形成し得る。検出器（１０）を用いて、半導体ウェーハ（または他の製造基板）からの検査信号（二次電子および／または後方散乱電子）を収集して、ＦＥＢ走査画像を形成する。
【００３７】
図７は、図１〜図６に関連して上記した装置についての電子ビームシミュレーションに基づいた、画像不均一性データを示すグラフである。換言すれば、図７のシミュレーションは、１２極型静電偏向器を事前走査偏向器として用いかつ四極静電偏向器を主要走査偏向器として用いた装置に基づく。
【００３８】
図７中の画像不均一性データは、Ｐｉｘｅｌ＿Ｓｉｚｅ（ＰＳ）対Ｓｐｏｔ＿Ｓｉｚｅ（ＳＳ）の４つの比（すなわち、ＰＳ／ＳＳ＝１．０；ＰＳ／ＳＳ＝１．２５；ＰＳ／ＳＳ＝１．５；およびＰＳ／ＳＳ＝１．８７５）について計算されたものである。各比ＰＳ／ＳＳについて、視野中心（ＦＯＶの中心）から帯状走査上縁部へのスポットサイズのパーセント増加を、多様な帯状走査高さの帯状走査についてプロットする。帯状走査高さ（すなわち、図１中の偏向距離Ｈ）は、Ｈ＝Ｎｕｍｂｅｒ＿ｏｆ＿Ｐｉｘｅｌｓ×Ｐｉｘｅｌ＿Ｓｉｚｅによって規定され得る。画素数は、Ｎｕｍｂｅｒ＿ｏｆ＿Ｐｉｘｅｌｓ＝ｋ−ｎｕｍｂｅｒ×１０２４によって規定され得る。
【００３９】
図７のデータに示すように、帯状走査上におけるスポットサイズ増加は、５パーセント未満である。これは極めて低く、高レベルの画像均一性を示す。
【００４０】
画像均一性の結果は、図１〜図６に関連して上記した装置においては極めて良好であるものの、１２極型静電偏向器を２つ用いることにより、さらに向上させることができる。このような実施形態を図８に示す。
【００４１】
図２の装置と比較して、図８の装置は、第１の１２極型静電偏向器（５）を事前走査偏向器として用い、第２の１２極型静電偏向器（５’）を主要走査偏向器として用いる。これら２つの１２極型静電偏向器（５および５’）はそれぞれ、図５に関連して述べたように構成することができる。
【００４２】
図９は、図８に示す装置の電子ビームシミュレーションに基づいた、画像不均一性データを示すグラフである。換言すれば、図９のシミュレーション結果は、第１の１２極型静電偏向器を事前走査器のために用いかつ第２の１２極型静電偏向器を主要走査器のために用いた装置に基づく。
【００４３】
図７と同様に、画像不均一性データを図９に示す。この図においても、Ｐｉｘｅｌ＿Ｓｉｚｅ（ＰＳ）対Ｓｐｏｔ＿Ｓｉｚｅ（ＳＳ）の４つの比を仮定する（すなわち、ＰＳ／ＳＳ＝１．０；ＰＳ／ＳＳ＝１．２５；ＰＳ／ＳＳ＝１．５；およびＰＳ／ＳＳ＝１．８７５）。各比ＰＳ／ＳＳについて、視野中心（ＦＯＶの中心）から帯状走査上縁部へのスポットサイズのパーセント増加を、多様な帯状走査高さの帯状走査についてプロットする。
【００４４】
図９のデータから分かるように、帯状走査におけるスポットサイズ増加は、３パーセント未満に限定される。図９を図７と比較した場合、スポットサイズ増加は図７よりも図９において若干低減していることが分かることが分かる。
【００４５】
図７および図９はどちらとも、従来の装置と比較して画像均一性が大幅に向上していることを示す。従来の装置は、例えば、事前走査器のための四極静電偏向器および主要走査器のための八重極静電偏向器と共に構成され得る。このような従来の装置の画像不均一性データを図１０に示す。
【００４６】
図１０のデータから分かるように、帯状走査におけるスポットサイズ増加は、一桁分を超えており、数十パーセント以上であり得る。図１０を図７および図９と比較した場合、スポットサイズ増加は、図１０の場合よりも図７および図９の場合の方が大幅に小さいことが分かる。
【００４７】
上記において、ＦＥＢ機器における１つまたは２つの１２極型偏向器を用いた実施形態について述べた。別の実施形態において、１２極型偏向器のうちのいずれかの代わりに、２０極型偏向器または２８極型偏向器を用いることができる。このような２０極型偏向器および２８極型偏向器の設計パラメータを表１に示す。
【表１】
2014507051.tif 000010
【００４８】
表１中の偏向器設計それぞれについて、前提条件として、ハーフギャップ角度δ＝２度とする。よって、各隙間のラジアル角度は４度である。
【００４９】
１２極型偏向器について、プレート角度はα１＝２３．０度およびα２＝１６．０度である。よって、より大型の電極プレートによって網羅されるラジアル角度は４６度であり、より小型の電極プレートによって網羅されるラジアル角度は１６度である。図５に示すように、１２極型偏向器の各９０度象限を、以下に分割することができる：プレート角度α１；隙間角度２δ；プレート角度α２；隙間角度２δ；プレート角度α２；隙間角度２δ；およびプレート角度α１。よって、２α１＋２α２＋６δ＝９０度である。
【００５０】
２０極型偏向器の場合、プレート角度は、α１＝９．７度、α２＝１９．６度およびα３＝５．７度である。２０極型偏向器の各９０度象限を、以下に分割することができる：プレート角度α１；隙間角度２δ；プレート角度α２；隙間角度２δ；プレート角度α３；隙間角度２δ；プレート角度α３；隙間角度２δ；プレート角度α２；隙間角度２δ；およびプレート角度α１。よって、２α１＋２α２＋２α３＋１０δ＝９０度である。
【００５１】
２８極型偏向器の場合、プレート角度は、α１＝０．４度、α２＝１９．３度、α３＝１０．０度、およびα３＝１．４度である。２８極型偏向器の各９０度象限を、以下に分割することができる：プレート角度α１；隙間角度２δ；プレート角度α２；隙間角度２δ；プレート角度α３；隙間角度２δ；プレート角度α４；隙間角度２δ；プレート角度α４；隙間角度２δ；プレート角度α３；隙間角度２δ；プレート角度α２；隙間角度２δ；およびプレート角度α１。よって、２α１＋２α２＋２α３＋２α４＋１４δ＝９０度である。
【００５２】
上記の１２極型偏向器の設計により、三次（ｋ＝３）収差がゼロになる。上記の２０極型偏向器の設計により、三次（ｋ＝３）収差および五次（ｋ＝５）収差がゼロになる。上記の２８極型偏向器の設計により、三次（ｋ＝３）収差、五次（ｋ＝５）収差および七次収差がゼロになる。偏向界係数は、１２極型偏向器の場合において０．７９であり、２０極型偏向器の場合において０．７６であり、２８極型偏向器の場合において０．７４である。２０極型偏向器および２８極型偏向器は、上記した１２極型偏向器において用いられるのと同じ駆動電力供給（±Ｖｘおよび±Ｖｙ）を用いるように、構成され得る。
【００５３】
本開示に記載の解決法においては、少なくとも三次収差を無くすように上記のように構成された少なくとも１つの多極静電偏向器が主に用いられる。上述したように、特に、三次収差無しにｘ方向およびｙ方向における偏向を可能にするように、１２極型偏向器、２０極型偏向器または２８極型偏向器を配置構成することができる。これらの解決法は、関連技術分野における従来の考え方と実質的に異なる。
【００５４】
偏向界の均質性を向上させるための従来の考え方は、四極型偏向器の内径増加である。これは原理的には正しいアプローチではあるものの、出願人の考えによれば、このようなアプローチは実際には、現行の集束電子ビーム（ＦＥＢ）機器においては制約がある。現行のＦＥＢ機器において、電子光学カラム長さは一般的には実質的に縮小し、電子ビームエネルギーは典型的には大幅に上昇する。より短いカラム長さおよびより高いエネルギービームを用いることにより、電子間の相互作用に起因するスポットぼやけを低減することができる。
【００５５】
出願人の考えによれば、カラム長さを短いままに保持しつつ、従来のアプローチにおいて四極型偏向器の内径を増加した場合、偏向器の偏向感度が現行のＦＥＢ機器に必要な使用を満たすには不十分となる。一方、（偏向感度を増加させるために）より長い偏向器を得るためにカラム長さを増加させた場合、電子間相互作用が増加し、その結果、機器の分解能が低下し、（ビームスポットサイズがより大型となる）。そのため、出願人の考えによれば、従来のアプローチにおいては問題が発生し、このような問題は、本明細書中に記載の解決法によって回避される。
【００５６】
上記記載において、本発明の実施形態の深い理解のために、多数の特定の詳細について記載した。しかし、本発明の例示の実施形態についての上記記載は、網羅的なものではなく、本発明を開示の形態そのものに限定するものでもない。当業者であれば、上記の特定の詳細のうち１つ以上無しで本発明を実行することが可能であり、あるいは他の方法、構成要素等を用いて本発明を実行することが可能であることを認識する。他の場合において、周知の構造または動作については、本発明の局面を不明瞭にしないために、詳細な図示または記載を省略した。本明細書中、本発明の特定の実施形態および例は例示目的のために記載したものであり、当業者であれば理解するように、本発明の範囲内において多様な均等な変更が可能である。
【００５７】
本発明のそのような変更は、上記の詳細な記載を鑑みれば行うことが可能である。以下の特許請求の範囲において用いられる用語は、本発明を本明細書および特許請求の範囲中に開示される特定の実施形態に限定するものとして解釈されるべきではない。すなわち、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲によって規定されるべきものである。以下の特許請求の範囲は、確立された請求項の解釈の原則に従って解釈されるべきである。
【図１】
2014507051.tif 000011
【図２】
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【図３】
2014507051.tif 000013
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図８】
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【図７】
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【図９】
2014507051.tif 000019
【図１０】
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【国際調査報告】
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