(57)【要約】【課題】荷電粒子線に用いられる多極子レンズで多機能を有するものを提供する。【解決手段】（ａ）に示すような回転対称レンズを省略し、その代わりに（ｃ）に示すように４極子レンズ２の電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに、（ｂ）に示すような４極子レンズとしての働きを行わせるための電圧に加え、回転対称レンズとしての働きをさせるのに必要な電圧＋Ｖ１を重畳させて印加する。すなわち、電極２ａ、２ｃには、（Ｖ１＋Ｖ２）を、電極２ｂ、２ｄには（Ｖ１−Ｖ２）を印加する。これにより、（ａ）に示す回転対称レンズ１を省略し、４極子レンズ２に、回転対称レンズと４極子レンズの両方の働きをさせることができる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のとき、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーを重畳して与える電圧又は電流制御装置を有することを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズ。
【請求項２】
荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のとき、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーより、それぞれ所定量多いパワーを重畳して与える電圧又は電流制御装置を有することを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズ。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の荷電粒子線用多極子レンズを少なくとも１個有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のものの使用方法であって、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーを重畳して与えることを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズの使用方法。
【請求項５】
荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のものの使用方法であって、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーより、それぞれ所定量多いパワーを重畳して与えることを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズの使用方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線を試料面に面照射させて観察、検査を行う荷電粒子線観察・検査装置、半導体デバイス製造工程におけるリソグラフィ工程において、レチクルに形成されたパターンをウエハ上に露光転写する荷電粒子線露光装置等の荷電粒子線装置に使用される荷電粒子線用多極子レンズ、このような荷電粒子線用多極子レンズの使用方法及びこの荷電粒子線用多極子レンズを使用した荷電粒子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
前述のような荷電粒子線装置に用いられているレンズには、電界型レンズ、磁界型レンズの２種類あるが、どちらの場合も極数２ｎ（ｎ＝０，１，２，…）の多極子レンズが用途に合わせて用いられている。例えばｎ＝０の場合には回転対称レンズ、ｎ＝１の場合には偏向器として利用される双極子レンズ、ｎ＝２の場合には４極子レンズに相当する。さらに、収差補正レンズとしてｎ＝３の６極子レンズ、ｎ＝４の８極子レンズなどがよく用いられている。
【０００３】
【非特許文献１】「電子・イオンビーム光学」（共立出版株式会社発行）
【発明が解決しようとする課題】
これら荷電粒子線装置においては、結像を行うためのレンズの他に、各種収差補正や、ビーム形成、偏向等様々な用途を行うための種々のレンズが用いられ、その結果、用いられるレンズの数が多くなるという問題点がある。特に収差補正用に複数の多極子レンズを組み合わせて用いる例もあり、またビームスキャンやビーム形状の変更等の機能を複数持たせると、その分レンズ個数が多くなり、構成も複雑になる。その結果、このようなレンズ系で形成される荷電粒子光学系を搭載する荷電粒子線装置そのものも大きくなってしまうという問題点がある。
【０００４】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、荷電粒子線に用いられる多極子レンズで多機能を有するものを提供すること、及び、このような荷電粒子線装置用多極子レンズを使用して、搭載されるレンズ枚数を少なくした荷電粒子線装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のとき、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーを重畳して与える電圧又は電流制御装置を有することを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズ（請求項１）である。
【０００６】
例えば４極子レンズの場合、４極子レンズを形成するためのパワーを各極子に与えると共に、隣り合う２極子ずつをペアにしたものを１つの極子とする２極子とみなし、これらに双極子レンズを形成するためのパワーを重畳して与えることにより、１つのレンズで２つのレンズの機能を兼ねさせることができる。さらに、全部の極子を１つの極子とみなしてこれに０極子レンズ（回転対称レンズ）を形成するためのパワーを重畳して与えれば、１つのレンズで３つのレンズの機能を兼ねさせることができる。このように、本手段によれば、１つのレンズにより複数個のレンズの機能を実現することができる。なお、本手段（請求項１）を初め、本明細書でレンズに与えるパワーとは、例えば静電型レンズの場合には電極に与える電圧、電磁型レンズの場合にはコイルに流す電流をいう。
【０００７】
前記課題を解決するための第２の手段は、荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のとき、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーより、それぞれ所定量多いパワーを重畳して与える電圧又は電流制御装置を有することを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズ（請求項２）である。
【０００８】
本手段の構成は前記第１の手段とほとんど同じであるが、一つのレンズに持たせようとする複数のレンズ機能のそれぞれを実現するために必要なパワーよりも、それぞれ所定量多いパワーを与えるところが異なっている。
【０００９】
前記第１の手段においても、各極子の間隔が狭く、又は光軸中心から各極子までの距離が十分離れていれば、各極子間の隙間の影響は、光軸付近においては小さい。しかし、これが無視できなくなったときは、本手段により、余分のパワーを加え、各極子間の隙間の影響を補償するようにする。これにより、レンズの精度が向上する。
【００１０】
また、発明者のシミュレーション結果によれば、このように複数種類のレンズを形成するために電圧や電流を重畳して与えた場合には、この重畳による影響のために、単独のレンズよりも、形成されるそれぞれのレンズパワーが弱められるということが分かっている。よって、本手段は、このレンズパワーが弱められることを補償する効果も有している。
【００１１】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段である荷電粒子線用多極子レンズを少なくとも１個有することを特徴とする荷電粒子線装置（請求項３）である。
【００１２】
本手段においては、前記第１の手段又は第２の手段である荷電粒子線用多極子レンズを少なくとも１個有しているので、レンズの総個数を減らすことができ、その結果、装置の小型化を図ることができる。
【００１３】
前記課題を解決するための第４の手段は、荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のものの使用方法であって、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーを重畳して与えることを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズの使用方法（請求項４）である。
前記課題を解決するための第５の手段は、荷電粒子線に対してレンズ作用を有する荷電粒子線用多極子レンズであって、２ｎ（ｎは自然数）個の極数を有し、ｎがｍ１、ｍ２、…、ｍｋ（ｍ１、ｍ２、…、ｍｋはそれぞれ異なる自然数）の倍数のものの使用方法であって、各極子に、２ｎ／ｍ１極子、２ｎ／ｍ２極子、…、２ｎ／ｍｋ極子、０極子レンズ（回転対称レンズ）のうち少なくとも２つの極子レンズを形成するパワーより、それぞれ所定量多いパワーを重畳して与えることを特徴とする荷電粒子線用多極子レンズの使用方法（請求項５）である。
【００１４】
これら、第４の手段、第５の手段の作用効果は、それぞれ、前記第１の手段、第２の手段の説明で述べたものと同一である。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。以下の説明では電界型レンズを例に用いて説明するが、磁界型レンズにおいても同様の考え方が成り立つことは説明を要しないであろう。
【００１６】
図１は、本発明の実施の形態の第１の例を説明するための図である。図１において、（ａ）は０極子レンズ（回転対称レンズ）、（ｂ）、（ｃ）は４極子レンズを示し、平面図である。これらのレンズはいずれも中空円筒型、あるいは同一形状の扇形柱体を組み合わせたものである。
【００１７】
（ａ）において１は回転対称レンズの電極であり、これに電圧を与えることにより回転対称レンズとしての働きをする。図においては、この電極１に＋Ｖ１の電圧を与えた状態を示している。
【００１８】
（ｂ）において、４極子レンズ２は、４つの扇型柱体電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄから構成されており、相対する電極２ａと２ｃ、２ｂと２ｄに、それぞれ＋Ｖ２、−Ｖ２の電圧を与えることによって４極子レンズとしての働きをする。
【００１９】
従来においては、回転対称レンズと４極子レンズが必要な場合は、（ａ）に示すようなレンズと（ｂ）に示すようなレンズを別々に作り、これらを荷電粒子線光学系に組み込んでいた。
【００２０】
本実施の形態においては、このような場合、（ａ）に示すような回転対称レンズを省略し、その代わりに（ｃ）に示すように、４極子レンズ２の電極２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄに、（ｂ）に示すような４極子レンズとしての働きを行わせるための電圧に加え、回転対称レンズとしての働きをさせるのに必要な電圧＋Ｖ１を重畳させて印加する。
【００２１】
すなわち、電極２ａ、２ｃには、（Ｖ１＋Ｖ２）を、電極２ｂ、２ｄには（Ｖ１−Ｖ２）を印加する。これにより、（ａ）に示す回転対称レンズ１を省略し、４極子レンズ２に、回転対称レンズと４極子レンズの両方の働きをさせることができる。
【００２２】
図２は、本発明の実施の形態の第２の例を説明するための図である。この図は、４極子レンズを示し、この４極子レンズは図１の（ｂ）、（ｃ）に示したものと同じであるので、同じ構成要素には同じ符号を付してその説明を省略する。
【００２３】
図１（ｃ）を見ると分かるように、４極子レンズの電極には、互いに隙間があるので、４つの電極にＶ１の電圧を重畳して加えても、図１に示すような回転対称電極にＶ１の電圧を加えたのと厳密には一致しない。しかし、４つの電極が光軸から離れており、隙間が狭ければこの不一致は問題にならない。
【００２４】
図２に示す実施の形態は、このような不一致等に起因する誤差を解消するためのものである。すなわち、図２においては、図１（ｃ）において加えた電圧Ｖ１の代わりに（Ｖ１＋ΔＶ１）を、電圧Ｖ２の代わりに（Ｖ２＋ΔＶ２）を印加するようにしている。すなわち、印加する電圧にそれぞれ所定のバイアス値を加えたものを重畳して印加している。これにより、電極の隙間等に起因する誤差、２つのレンズパワーを重畳することにより、同じ電圧でもレンズパワーが弱くなってしまうことに起因する誤差を補償することができる。補正電圧△Ｖ１，△Ｖ２は、シミュレーションや簡単な実験で求めることが可能である。
【００２５】
ここでは、２種類の多極子レンズとして、回転対称レンズと４極子レンズを用いた例について説明したが、４極子レンズと８極子レンズ等、極子数が多い方のレンズの極子数が、他方の多極子レンズの極子数の倍数になっており、また光学性能上同じ位置に挿入可能なレンズであれば、組み合わせは自由である。また組み合わせる多極子レンズの数は、２種類だけでなく何種類でもよい。また、例えば、１２極子レンズを用いて、４極子レンズのパワーと６極子レンズのパワーとを重畳することも可能である。すなわち、適用される多極子レンズの極子数が、組み合わせる複数の多極子レンズ極子数の最小公倍数であり、かつ、光学性能上同じ位置に挿入可能なレンズであればよい。これにより、光学系の長さを短くして小型化することができる。
【００２６】
図３は、本発明の実施の形態の１例である写像型電子顕微鏡の概要を示す図である。電子銃１１より発せられた照射用電子ビームＳは、照明レンズ１２、１３によって整形された後、イー・クロス・ビー１４に入射する。イー・クロス・ビー１４によって偏向された照射用電子ビームＳは、開口絞り１５を通過した後、カソードレンズ１６を通過して試料１７に照射される。試料１７に照射用電子ビームＳが照射されると、試料１７から２次電子、反射電子、後方散乱電子等が放出される。これらの電子のうち少なくとも１つが、写像用電子ビームＫとなる。試料１７から放出された写像用電子ビームＫは、カソードレンズ１６、開口絞り１５を通過して、イー・クロス・ビー１４に入射する。そして、ウィーン条件を満たすことにより、イー・クロス・ビー１４を直進通過した写像用電子ビームＫは、第１スティグメータ２６、結像レンズ前群１８、第２スティグメータ２７の順に通過した後、視野絞り１９上に中間結像を形成する。視野絞り１９を通過した写像用電子ビームＫは、更に結像レンズ後群２０を通過して、電子ビーム検出器２１上に拡大投影像を形成する。
【００２７】
ここで、第１スティグメータ２６、第２スティグメータ２７は、例えば、静電型８極子である。そして、第１スティグメータ２６は、イー・クロス・ビー１４の近傍に配置されており、非点隔差を効率良く補正する。他方、第２スティグメータ２７は、結像レンズ前群１８と視野絞り１９の中間に配置されており、倍率隔差を効率良く補正する。また、照明レンズ１２、１３、カソードレンズ１６、結像レンズ前群１８、結像レンズ後群２０は、アインツェルレンズ等の静電レンズである。電子ビーム検出器２１に写像用電子ビームＫが入射すると、写像用電子ビームＫは光に変換される。
【００２８】
電子ビーム検出器２１から放出された光、すなわち試料７の光学像は、リレーレンズ２２を透過して、ＣＣＤ等の撮像素子２３に入射される。撮像素子２３に入射した光は、光電信号に変換されて制御部２４に伝達される。なお、本実施例においては、電子銃１１、照明レンズ１２、１３、イー・クロス・ビー１４、カソードレンズ１６が照射手段となっており、カソードレンズ１６、イー・クロス・ビー１４、結像レンズ前群１８、結像レンズ後群２０が写像手段となっている。
【００２９】
この実施の形態においては、照明レンズ１２、１３、カソードレンズ１６、結像レンズ前群１８、結像レンズ後群２０において、前述のような回転対称レンズと４極子レンズを一つのレンズにより実現しているので、鏡筒全体の大きさを小さくすることができる。なお、この実施の形態においては、荷電粒子線装置として、写像型電子顕微鏡を取り上げているが、本発明の荷電粒子線装置としては、例えば荷電粒子線露光装置等も本発明の荷電粒子線装置に含まれる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、荷電粒子線に用いられる多極子レンズで多機能を有するものを提供すること、及び、このような荷電粒子線装置用多極子レンズを使用して、搭載されるレンズ枚数を少なくした荷電粒子線装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を説明するための図である。
【図２】本発明の実施の形態の第２の例を説明するための図である。
【図３】本発明の実施の形態の１例である写像型電子顕微鏡の光学系の概要図である。
【符号の説明】
１…回転対称レンズの電極、２…４極子レンズ、２ａ〜２ｄ…扇型柱体電極（４極子レンズの電極）、１１…電子銃、１２…照明レンズ、１３…照明レンズ、１４…イー・クロス・ビー、１５…開口絞り、１６…カソードレンズ、１７…試料、１８…結像レンズ前群、１９…視野絞り、２０…結像レンズ後群、２１…電子ビーム検出器、２２…リレーレンズ、２３…撮像素子、２４…制御部、２６…第１スティグメータ、２７…第２スティグメータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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