(57)【要約】【課題】  高スループットで試料の評価を行い、フリンジの電磁場の問題が生じず、軸上色収差又は球面収差を補正して処理速度を向上させた電子線装置を提供すること。【手段】  複数の一次電子線によって試料Ｓを走査し、試料Ｓから放出される複数の二次電子線を写像投影光学系Ｃを介して検出する電子線装置において、写像投影光学系Ｃは軸上色収差補正レンズ２０を備える。軸上色収差補正レンズ２０は写像投影光学系Ｃのレンズ１９の像面に配置され、４極子電極と４極子磁極とを有するウィーン・フィルタであることが望ましい。【選択図】  図１
2007035386.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の一次電子線によって試料を走査し、該試料から放出される複数の二次電子線を写像投影光学系を介して検出する電子線装置であって、
前記写像投影光学系が軸上色収差又は球面収差補正レンズを備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の電子線装置に使用するための軸上色収差又は球面収差補正レンズであって、多極子電極と多極子磁極とを有し、且つ、対向する前記電極間のボア径が光軸に沿って連続的に増減する区域を有する非分散のウィーン・フィルタであることを特徴とする軸上色収差補正レンズ。
【請求項３】
複数の一次電子線によって第１電子光学系を介して試料を走査し、該試料から放出された複数の二次電子線を第２電子光学系を介して検出器に結像させて前記試料の像を検出する電子線装置であって、
前記第１電子光学系が第１軸上色収差補正レンズを備え、前記第２電子光学系が第２軸上色収差補正レンズを備え、
前記第１軸上色収差補正レンズと前記第２軸上色収差補正レンズとが、偶数の電磁極を有するウィーン・フィルタである
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項４】
複数の一次電子線によって試料を照射するための電子光学系と、前記試料から放出された複数の二次電子線を集束する対物レンズ及び集束された前記二次電子線の軸上色収差を補正する収差補正レンズを有し、軸上色収差補正された前記二次電子線を検出器に結像させるための電子光学系とを備える電子線装置であって、
前記対物レンズと前記収差補正レンズとの間に配置されたＮＡ開口部材を備えることを特徴とする電子線装置。
【請求項５】
前記対物レンズが、円筒状電極と円板状電極板とからなる電極を備えることを特徴とする、請求項８に記載の電子線装置。
【請求項６】
一次電子線によって試料を走査し、該試料から放出された二次電子線を検出器に結像させて前記試料の像を検出する電子線装置であって、
前記一次電子線が、第１対物レンズによって集束されて試料を照射し、
前記二次電子線が前記第１対物レンズ及び第２対物レンズによって集束され、前記第１対物レンズと前記第２対物レンズとによって集束された前記二次電子線の軸上色収差を収差補正レンズによって補正し、軸上色収差補正された前記二次電子線を前記検出器に結像させ、
前記第１対物レンズと前記第２対物レンズとの間に、前記一次電子線と前記二次電子線とを分離するためのビーム分離器が配置されてなる
ことを特徴とする電子線装置。
【請求項７】
前記第１対物レンズが、壁面の厚さが前記試料へ向かって連続的に減少する円錐台状電極板を備えることを特徴とする、請求項６に記載の電子線装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の電子線装置において軸上色収差と球面収差のいずれかを補正するときに使用されるマーカー板であって、
二次電子線放出係数の大きい平滑な面に径の異なる複数の穴又はドットが形成されてなることを特徴とするマーカー板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、収差を補正して性能を向上させ、最小線幅が０．２μｍ以下のパターンを有する基板を高スループットで評価する電子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
基板上のパターンの欠陥を検査、評価する電子線装置は周知である。こうした電子線装置の技術分野において、軸上色収差補正レンズを用いて超高分解能を有する走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）を構成する技術は公知である（非特許文献１参照）。また、複数のビームを形成して試料を走査し、試料から放出された二次電子を複数の検出器で検出して試料像を得る技術も公知である。軸上色収差補正レンズ及び球面収差補正レンズとしては、４極子や１２極子の電極や磁極を有するものが公知である。
【０００３】
しかしながら、複数の電子ビームを用いる公知の電子線装置においては、分解能を小さくすると、収差のために大きいビーム電流を得ることができず、スループットが極めて小さいという問題があった。また、多極子型の従来の収差補正レンズでは、フリンジの場によって余計な収差が発生する恐れがあった。しかも、軸上色収差や球面収差のような収差の補正をすることによって、大きい開口を有するＮＡ開口部材を使用し、ビーム電流を大きくし、又は、空間電荷効果を低減することは報告されていなかった。
【０００４】
一方、軸対称のレンズ系としては凸レンズしか出来ないのに対し、軸対称ではない多極子レンズでは凹レンズを作ること、負の軸上色収差や負の球面収差を発生させることが可能であり、こうした多極子レンズはＳＥＭやＴＥＭなどの１本の光学系を持つ電子線装置に用いられ始めている。
【０００５】
従来、こうした軸上色収差補正レンズや球面収差補正レンズは単に解像度を小さくするために用いられていた。ところが、電子線装置を用いて半導体デバイスの製造や評価を行う場合、限界解像度よりも、解像度は数十ｎｍのままで処理速度を大幅に向上させたいときがある。しかし、電子線装置において用いられている軸上色収差補正レンズ又は球面収差補正レンズは光路長を長くするので、空間電荷効果を増すことになり、処理速度の向上を阻止する要因となるという問題があった。
【非特許文献１】第５２回応用物理学関係連合講演会  講演予稿集（２００５  春  埼玉大学）、ｐｐ．８１２、８１５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記の問題点に鑑みて提案されたものであり、本発明の一つ目的は、新規な収差補正技術を用いて１００ｎｍ程度の解像度ではあるが超高スループットを得ることができる電子線装置を提供することであり、本発明の他の目的は、高スループットで試料の評価を行い、フリンジの電磁場の問題が生じないウィーン・フィルタを用いた電子線装置を提供することにある。また、本発明の他の目的は、軸上色収差又は球面収差を補正するレンズを適所に配置することにより処理速度を向上させた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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、
請求項１の発明は、
複数の一次電子線によって試料を走査し、該試料から放出される複数の二次電子線を写像投影光学系を介して検出する電子線装置であって、
前記写像投影光学系が軸上色収差又は球面収差補正レンズを備えることを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【０００８】
請求項２の発明は、前記軸上色収差又は球面収差補正レンズが、多極子電極と多極子磁極とを有し、且つ、対向する前記電極間のボア径が光軸に沿って連続的に増減する区域を有する非分散のウィーン・フィルタであることを特徴とする。
【０００９】
請求項３の発明は、
複数の一次電子線によって第１電子光学系を介して試料を走査し、該試料から放出された複数の二次電子線を第２電子光学系を介して検出器に結像させて前記試料の像を検出する電子線装置であって、
前記第１電子光学系が第１軸上色収差補正レンズを備え、前記第２電子光学系が第２軸上色収差補正レンズを備え、
前記第１軸上色収差補正レンズと前記第２軸上色収差補正レンズとが、偶数の電磁極を有するウィーン・フィルタである
ことを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【００１０】
請求項４の発明は、
複数の一次電子線によって試料を照射するための電子光学系と、前記試料から放出された複数の二次電子線を集束する対物レンズ及び集束された前記二次電子線の軸上色収差を補正する収差補正レンズを有し、軸上色収差補正された前記二次電子線を検出器に結像させるための電子光学系とを備える電子線装置であって、
前記対物レンズと前記収差補正レンズとの間に配置されたＮＡ開口部材を備えることを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【００１１】
請求項５の発明は、前記対物レンズが、円筒状電極と円板状電極板とからなる電極を備えることを特徴とする。
請求項６の発明は、
一次電子線によって試料を走査し、該試料から放出された二次電子線を検出器に結像させて前記試料の像を検出する電子線装置であって、
前記一次電子線が、第１対物レンズによって集束されて試料を照射し、
前記二次電子線が前記第１対物レンズ及び第２対物レンズによって集束され、前記第１対物レンズと前記第２対物レンズとによって集束された前記二次電子線の軸上色収差を収差補正レンズによって補正し、軸上色収差補正された前記二次電子線を前記検出器に結像させ、
前記第１対物レンズと前記第２対物レンズとの間に、前記一次電子線と前記二次電子線とを分離するためのビーム分離器が配置されてなる
ことを特徴とする電子線装置、
を提供する。
【００１２】
請求項７の発明は、前記第１対物レンズが、壁面の厚さが前記試料へ向かって連続的に減少する円錐台状電極板を備えることを特徴とする。
請求項８の発明は、
請求項１〜７の発明における電子線装置において軸上色収差と球面収差のいずれかを補正するときに使用されるマーカー板であって、二次電子線放出係数の大きい平滑な面に径の異なる複数の穴又はドットが形成されてなることを特徴とするマーカー板、
を提供する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明に係る電子線装置の実施の形態について、添付の図を用いて説明する。なお、全図を通して、同じ又は同様の構成要素は同一の参照数字又は参照符号で指示するものとする。
【００１４】
図１は、本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態を概略的に示す図である。同図において、電子線装置は、電子銃Ｇと、電子銃Ｇから放出された一次電子線を運ぶ電子光学系Ａと、電子光学系Ａから送られてきた一次電子線を試料Ｓに照射させるとともに試料Ｓから放出された二次電子線を一次電子線から分離する電子光学系Ｂと、分離された二次電子線を運ぶ電子光学系Ｃと、電子光学系Ｃからの二次電子線を受け取る検出器Ｄとを備えている。
【００１５】
電子光学系Ａは、マルチ開口部材１、コンデンサ・レンズ２、縮小レンズ３、４、ＮＡ開口部材５、収差補正レンズ６、第１走査偏向器７及びビーム分離用プリ偏向器８を備えている。収差補正レンズ６は例えば二段の補正レンズから成り、各補正レンズはウィーン・フィルタで構成される。電子銃Ｇから放出された一次電子線は、複数の開口を有するマルチ開口部材１のマルチ開口を一様に照射する。これにより複数の一次電子線が生成される。生成された複数の一次電子線はコンデンサ・レンズ２によって集束され、縮小レンズ３に入射する前にクロスオーバー即ち電子銃が作る光源の像を形成する。
【００１６】
マルチ開口１の像は縮小レンズ３、４によって縮小されて収差補正レンズ６の物点９に縮小像を作る。ＮＡ開口部材５は縮小レンズ４の手前に配置され、縮小レンズ３を通過した複数の一次電子線のビーム分解能を確保する。物点９に作られた縮小像は収差補正レンズ６の中間の点１０及び収差補正レンズ６の像点１１に等倍の像を形成する。像点１１に集束された複数の一次電子線は電子光学系Ｂの対物レンズ（後述する）によって再度集束されて試料Ｓの面上に結像される。
【００１７】
第１走査偏向器７は、像点１１に形成された複数の一次電子線の進行方向を所定の方向に所定の振幅で偏向させ、これによって複数の一次電子線に試料Ｓの面上を走査させる。更に、複数の一次電子線は、電子光学系Ｂ内のビーム分離器の中心に入射するようプリ偏向器８によって進行方向を偏向される。
【００１８】
電子光学系Ｂは、ビーム分離器１２、第２走査偏向器１３、軸対称電極１４、第１ＭＯＬ（Moving Objective Lens）偏向器１５、第２ＭＯＬ偏向器１６及び対物レンズ１７を備えている。対物レンズ１７は、例えば、磁気ギャップ１８が試料Ｓの側に位置する電磁レンズである。プリ偏向器８によって偏向された複数の一次電子線はビーム分離器１２を通過した後、第２走査偏向器１３によって更に偏向され、こうして２段の偏向が施された複数の一次電子線のそれぞれが試料Ｓの面の異なる位置に結像されて試料Ｓを走査する。このときの偏向支点は、対物レンズで生じる偏向色収差とコマ収差との合計が最小になる位置に設定される。
【００１９】
第１ＭＯＬ偏向器１５と第２ＭＯＬ偏向器１６は共に電磁偏向器であり、ＭＯＬ条件に近い条件に設定することによって、偏向収差を更に小さくするよう動作する。ＭＯＬ条件とは、対物レンズ１７の軸上磁場分布の微分に比例する偏向磁場を発生させる条件である。この場合の偏向支点は−∞に位置する。即ち、複数の一次電子線の主光線は電子光学系Ａの光軸Ｌに平行に入射される。ＭＯＬ条件に近い条件に設定すると偏向収差が更に小さくなるのは、このような条件にすることにより、レンズの軸をビームの位置に移動させることができ、ビームを偏向したときもレンズの軸を主光線が通るので偏向収差を小さくすることができる。
【００２０】
電子光学系Ｂを通過して試料Ｓの面上に結像される複数の一次電子線は、対物レンズ１７によって軸上色収差と球面収差とを受ける。しかし、電子光学系Ａにおける二段のウィーン・フィルタ６が負の軸上色収差と負の球面収差とを作るように動作するので、対物レンズ１７によって作られる軸上色収差と球面収差は二段のウィーン・フィルタ６が作る負の軸上色収差と負の球面収差によって打ち消される。こうして収差が打ち消されるため、ＮＡ開口部材５のＮＡ開口を大きな値にしても、縮小レンズ３、４によって複数の一次電子線を小さく絞ることが可能になる。軸対称電極１４は該電極に印加する電圧を変えることにより対物レンズ１７による軸上色収差の程度を調節することができる。
【００２１】
第１ＭＯＬ偏向器１５と第２ＭＯＬ偏向器１６は、対物レンズ１７の主光線に対する屈折作用を打ち消すよう動作する。このため、電子光学系Ｂで集束された複数の一次電子線によって照射された試料Ｓの面の異なる位置から放出された複数の二次電子線のうち、試料Ｓの法線方向に放出された複数の二次電子線の主光線は、対物レンズ１７による屈折作用を受けることなく光軸Ｌに平行に進み、ビーム分離器１２により一次電子線の到来方向から離れるように、図１においては左へ偏向されて電子光学系Ｃに入る。なお、プリ偏向器８は静電偏向器であり、ビーム分離器１２において複数の一次電子線に発生する偏向色収差を打ち消すよう動作する。
【００２２】
電子光学系Ｃは、二次電子像形成レンズ１９、収差補正レンズ２０、第１拡大レンズ２１及び第２拡大レンズ２２を備える写像投影型光学系である。なお、収差補正レンズ２０は軸上色収差のみを補正すればよいので、４極子の電界と４極子の磁界を発生すれば良く、例えば、４極子のウィーン・フィルタであってよい。代わりに、収差補正レンズ２０を６極子のウィーン・フィルタとし、球面収差のみを補正するようにしてもよい。
【００２３】
ビーム分離器１２で一次電子線と分離された複数の二次電子線は、二次電子像形成レンズ１９によって収差補正レンズ２０の物点２３に像を作る。つまり、収差補正レンズ２０は二次電子像形成レンズ１９の像面に配置される。収差補正レンズ２０は物点２３の像を点２４に形成する。収差補正レンズ２０によって点２４に作られた像は第１拡大レンズ２１、第２拡大レンズ２２によって拡大され、検出器Ｄに複数の二次電子線に対応した像を作る。検出器Ｄはマルチ検出器であり、入射した二次電子線のそれぞれに対応した信号を生成する。こうして生成された信号を用いて処理回路（図示せず）は試料Ｓの二次元像を作る。
【００２４】
電子光学系Ａの収差補正レンズ６には、２５ｎｍピクセル寸法の場合、２５ｎｍ程度の解像度が要求される。そのため、収差補正レンズ６に一次電子線が入る側の端部と収差補正レンズ６から一次電子線が出る側の端部とで発生するフリンジ電場及びフリンジ磁場の影響で収差が発生することが予測される。こうしたフリンジ場の影響を回避するために、収差補正レンズ６として、二分割したウィーン・フィルタを用い、その対称性を利用してフリンジ場の影響を打ち消させることが好ましい。図１Ａ及び図１Ｂは、この場合のウィーン・フィルタの構成の一例を示す断面図である。図１Ａはこのフィルタの軸上電場及び磁場の分布をも示している。
【００２５】
図１Ａ及び図１Ｂにおいて、ウィーン・フィルタ３０は１０〜２０ｍｍの肉厚の円筒であるパーマロイ・コア３１を有する。パーマロイ・コア３１は磁気回路を形成し、且つウィーン・フィルタ３０の剛性を高めるために厚く設計されている。図１Ｂにウィーン・フィルタ３０の構成を詳細に示すように、パーマロイ・コア３１の内側の空間には、一次電子線を通過させるための所定の径を有するボア３２を中心として、１２個の電磁極（即ち、１２個の電極兼磁極）３３１、３３２、３３３、・・・、３３１２が、それぞれパーマロイ・コア３１との間に絶縁スペーサ３４１、３４２、３４３、・・・、３４１２を介して等間隔に配置される。
【００２６】
各絶縁スペーサ３４１〜３４１２の厚さａ（即ち、径方向の幅）は、磁気抵抗が小さく且つ所要の絶縁性が保持されるよう最小限の値に選択される。一方、各絶縁スペーサの周方向の長さｂは、図１Ｂにおいては、絶縁スペーサが光軸から見て磁極片に隠れるように、光軸Ｌから直視できない値に設定される。しかし、絶縁スペーサの周方向の長さｂを磁極片の周方向の長さよりも大きくして放電を防止するようにしてもよい。これらの電磁極３３１〜３３１２及び絶縁スペーサは適宜の固定手段３５によって、所要の複数の位置においてパーマロイ・コア３１に取り付けられる。なお、図１Ａ及び図１Ｂは簡略化のために固定手段３５は一個所しか示していない。固定手段３５として締め付けネジを用いた場合、締め付けネジとパーマロイ・コア３１との間を絶縁するためのスペーサ３５１を設けるのがよい。
【００２７】
それぞれの電磁極は光軸Ｌに沿って二段に分割され、各電磁極の周囲には励磁コイルが巻かれた同一の構造をしている。そこで、対向する二つの電磁極、例えば電磁極３３１、３３７について説明すると、電磁極３３１、３３７は、図１Ａに示すように、光軸Ｌに沿って二段に配された上側電磁極３３１Ｕ、３３７Ｕと下側電磁極３３１Ｌ、３３７Ｌを有し、これら上下の電磁極は接続部３３１Ｍ、３３７Ｍで連結された一体構造をしており、電磁極３３１、３３７の周囲には、所定の方向に磁界を形成するための励磁コイル３３１Ｃ、３３７Ｃが巻回されている。これにより、それぞれの対向する電磁極は光軸Ｌに直交する方向に磁場を形成する。接続部３３１Ｍ、３３７Ｍは、実質的に磁場及び電場が発生しない程度のボア径を持ち、上側電磁極３３１Ｕ、３３７Ｕと下側電磁極３３１Ｌ、３３７Ｌが位置ズレしない一体構造になっている。
【００２８】
更に、図１Ａに示すように、上側電磁極３３１Ｕ、３３７Ｕと下側電磁極３３１Ｌ、３３７Ｌとの光軸Ｌを含む面での断面形状は台形に形成される。そのため、中央のボア３２の径は、光軸Ｌを挟んで隣り合う電磁極間の最小値ｈから、光軸Ｌを挟んで隣り合う接続部間の最大値ｋまで変化する。その結果、光軸Ｌを挟んで隣り合う上側電磁極の間及び光軸Ｌを挟んで隣り合う下側電磁極の間に形成される軸上磁場の強さは、図１Ａの右側に示すように、光軸Ｌの方向に二度、台形に近い形で最小値と最大値の間で変化する。このようにウィーン・フィルタ３０の光軸Ｌに沿って変化する磁場が一次電子線に及ぼすロレンツ力を打ち消すように、ウィーン・フィルタ３０の光軸Ｌに沿って６個の電磁極によって軸上電場が形成される。この軸上電場の分布も図１Ａに示す形になる。
【００２９】
収差補正レンズ６をこのように２段に分割した構造にしたことにより、物点９から発散して点１０に集束する一次電子線と、点１０から発散して像点１１に集束する一次電子線との対称性を改善し、フリンジ場による影響を打ち消すことができる。更に、上側電磁極及び下側電磁極の光軸Ｌを含む面における断面形状を台形とし、ボア３２が単調に変化するようにしたので、ウィーン・フィルタの上端及び下端におけるフリンジ磁場及びフリンジ電場の差を小さくすることができ、また、上側と板側が一体になっているので、上側と下側の製作精度の劣化を防止することができる。
【００３０】
図２は、本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。この実施の形態における電子線装置も、第１の実施の形態と同様に、電子銃Ｇ、電子光学系Ａ、Ｂ、Ｃ及び検出器Ｄを備えており、電子銃から放出された電子線は電子光学系Ａ、Ｂを通過して試料Ｓを照射し、それによって試料Ｓから放出された二次電子線は電子光学系Ｃによって導かれて検出器Ｄに至る。
【００３１】
図２において、電子光学系Ａは、軸合わせ偏向器４１、コンデンサ・レンズ４２、軸合わせ偏向器４３、複数の正方形の開口を有する成形開口部材４４、コンデンサ・レンズ４５、軸合わせ偏向器４６、成形レンズ４７及び一次電子線軌道調整用偏向器４８を備えている。ここで、開口が複数あるのは、開口が汚れた場合の交換用及びピクセル寸法を変えたときの異なる寸法のものであって、照射するのは１個である。電子銃Ｇから放出された一次電子線は、光軸Ｌに沿って進むよう軸合わせ偏向器４１によって偏向され、次いでコンデンサ・レンズ４２によって集束されて、成形開口部材４４の正方形の開口を一様に照射し、これによって、正方形の断面形状を有する一次電子線が形成される。こうして断面が正方形にされた一次電子線はコンデンサ・レンズ４５及び成形レンズ４７によって倍率調整され、軸合わせ偏向器４６及び軌道調整偏向器４８によって正方形の一次電子線が光軸Ｌから外れた位置にある開口５０１に軌道修正されて電子光学系Ｂに入る。一次電子線は、ビーム・エネルギが高い場合には、軌道Ｌ１を通り、ビーム・エネルギが低い場合には、ビーム分離器４９による偏向角が大きいので、軌道Ｌ２を通るよう制御される。
【００３２】
電子光学系Ｂは、例えば電磁偏向器であるビーム分離器４９、ＮＡ開口部材５０及び複数枚（図２では３枚）の電極を有する対物レンズ５１を備える。ＮＡ開口部材５０は、図２Ａに示すように、正方形の穴５０１と４分割されたリング状の穴５０２とを有しており、電子光学系Ａから送出された正方形の一次電子線は、試料Ｓの二次光学系の光軸位置に入射するようにビーム分離器４９によって進行方向を変更され、ＮＡ開口部材５０の正方形の穴５０１を通過した後、対物レンズ５１によって所定の寸法に集束されて試料Ｓの面上に合焦される。
【００３３】
対物レンズ５１の３枚の電極のうち、中央電極５１１は、図示のように、円板部分５１１１と該円板部分に垂直な円筒部分５１１２とを組み合わせた形状をしている。この結果、試料面上での電界強度が小さく、レンズのある光軸上では一次電子線のエネルギが高くなるので低収差となる。また、試料Ｓに近い方の電極５１２に中央電極５１１よりも低い電位を与えることによって、試料面の近傍の電界を放電を回避することができる値、例えば１．８ｋＶ／ｍｍ以下にすることができる。更に、中央電極５１１の５１３側の面は平面であるから、試料Ｓから遠い方の電極５１３との間隔を小さくすることができ、比較的小さい電圧を電極５１３に与えるだけで、所要の焦点距離を設定することができる。
【００３４】
正方形の一次電子線の照射により試料Ｓから放出された二次電子線は、対物レンズ５１によって集束され、ＮＡ開口部材５０の４分割されたリング状の穴５０２を通過して断面が中空のホロービームとされる。後述するように、電子光学系Ｃの収差補正レンズによって軸上色収差が補正されるので、リング状の穴５０２によって大きい開口角のホロービームを作ることができる。このため、空間電荷効果によるボケは小さい。また、一次電子線はリング状の穴５０２から離れた穴５０１を通過するので、一次電子線による空間電荷が二次電子線のボケを生じさせる量は無視し得るほど小さい。リング状の穴５０２によってホロービームとされた二次電子線は、ビーム分離器４９によって一次電子線から分離されて電子光学系Ｃに入射する。
【００３５】
電子光学系Ｃは、静電偏向器５２、収差補正レンズ５３、補助レンズ５４、第１拡大レンズ５５、補助レンズ群５６、第２拡大レンズ５７及び偏向器５８を備える。ビーム分離器４９で分離された二次電子線は、静電偏向器５２により、ビーム分離器４９で生じる偏向色収差を補正するよう偏向されるとともに、試料Ｓに垂直な方向に進むよう進路を偏向されて収差補正レンズ５３の物点５９に二次電子像を形成する。
【００３６】
収差補正レンズ５３は例えば１２極のウィーン・フィルタであり、第１の実施の形態におけるウィーン・フィルタ６と同様に、図１Ａ及び図１Ｂに示したと同様の２段構造をしている。軸上色収差及び球面収差を補正するために、収差補正レンズ５３にはダイポール電磁界がウィーン条件を満たすように与えられ、４極子電磁界によって負の軸上色収差を作り、６極子電磁界と８極子電磁界とで負の球面収差を作るよう制御される。収差補正レンズ５３は、非分散となるよう、物点５９から発散した二次電子線を中間点６０に集束させた後、像点６１に二次電子像を形成する。像点６１は補助レンズ５４の主面に位置する。図２に示すように、収差補正レンズ５３の二次電子線進行方向における長さは物点５９と像点６１との距離よりも小さい。また、物点５９からフィルタの一端までの寸法ｄ１は中間点６０からフィルタの対向端までの距離ｄ２、ｄ３及びフィルタの他端から像点６１までの距離ｄ４に等しい。
【００３７】
上記のように、収差補正レンズ５３としてウィーン・フィルタを用いると、二次電子線のビーム軌道は軸対称となり、視野が広いため、広がりのある二次電子像であっても、全体を低収差にすることができる。また、視野が広いため、収差補正レンズ５３の軸合わせは容易である。
【００３８】
補助レンズ５４は、二次電子像の結像条件に影響を与えることなく、ＮＡ開口部材５０のリング状の穴５０２の像を第１拡大レンズ５５の主面に結像させる。そこで第１拡大レンズ５５は二次電子の像を拡大し、二次電子の拡大された像は補助レンズ群５６の一つに結像される。さらに、二次電子の像は第２拡大レンズ５７によって更に拡大され、検出器Ｄに結像される。補助レンズ群５６は複数の（図では３段の）レンズからなるので、ピクセル寸法を変えた場合であっても対応可能である。ピクセル寸法が最小のときは、補助レンズ群５６のうちの第２拡大レンズ５７に最も近いレンズが使われ、他のレンズは励起されない。このレンズの主面に結蔵された二次電子像は第２拡大レンズ５７で大きく拡大され、検出器Ｄに最大の拡大率の二次電子像ができる。逆に、ピクセル寸法が最大のときには、補助レンズ群５６のうちの第２拡大レンズ５７から遠いレンズに二次電子像が作られ、検出器Ｄには同じ寸法の拡大像が作られる。
【００３９】
検出器Ｄを複数のＣＣＤ装置を配列した構成とすると、ＣＣＤのデータ読み出し時間の方が露光時間よりも長いことによる無駄な待ち時間を生じさせないで済む。例えば、図２Ｂに示すように、検出器Ｄを４つのＣＣＤ装置６２〜６５を同一面上に配列した構成とした場合、偏向器５８は第２拡大レンズ５７から出た二次電子線を偏向させ、第２拡大レンズ５７によって拡大された二次電子像を４つのＣＣＤ装置６２〜６５に順番に結像させる。これにより、ＣＣＤ装置のデータ読み出し時間が露光時間の４倍であっても、無駄な待ち時間なしに二次電子像の検出を連続的に行うことができる。
【００４０】
次に、図３を用いて、本発明の電子線装置の第３の実施の形態を概略的に説明する。この第３の実施の形態における電子線装置も、これまで説明した２つの実施の形態と同様に、電子銃Ｇ、電子光学系Ａ、Ｂ、Ｃ及び検出器Ｄを備えており、更に、制御系Ｅを有する。電子銃Ｇから放出された電子線は電子光学系Ａ、Ｂを通過して試料Ｓを照射し、それによって試料Ｓから放出された二次電子線は電子光学系Ｃによって導かれて検出器Ｄに至る。制御系Ｅは検出器Ｄからの出力を用いて対物レンズに与える電位を調整する。
【００４１】
電子光学系Ａは、２つのコンデンサ・レンズ７１、７２、長方形の開口を持つ開口部材７３、２つのレンズ７４、７５及び入射点調整用の２段の偏向器７６を備える。電子銃Ｇは例えばＬａＢ６製のカソードを持ち、該カソードから放出された電子線は２段のコンデンサ・レンズ７１、７２によって集束され、開口部材７３の長方形の開口を一様な照射強度で照射する。この開口によって断面長方形に成形された一次電子線は、２段のレンズ７４、７５によって所望の倍率で縮小又は拡大され、更に、偏向器７６によって、電子光学系Ｂの所定の入射点に入射するよう進行方向を調整される。こうした調整が必要なのは、一次電子線のエネルギが小さい場合はビーム分離器７７での偏向角が大きいので、軌道Ｌ３を取るようにするためである。
【００４２】
電子光学系Ｂはビーム分離器７７と３枚の電極を有する第１対物レンズ７８とを備え、ビーム分離器７７は例えば電磁偏向器である。偏向器７６によって進行方向が調整された一次電子線はビーム分離器７７の中心から所定の距離だけ離れた点、例えば４ｍｍ離れた点に向かって入射し、ビーム分離器７７によって角度β（<α）だけ偏向される。βは例えば２３度である。これによって一次電子線は試料Ｓに対してα−βの角度を持って第１対物レンズ７８に入り、第１対物レンズ７８によって集束されると共に更に僅かに偏向されて試料Ｓを照射する。
【００４３】
一次電子線の照射によって試料Ｓから放出された二次電子線は第１対物レンズ７８によって集束され、次いで、ビーム分離器７７によって進行方向を一次電子線から離れるよう偏向されて電子光学系Ｃに入る。電子光学系Ｃは、ビーム軌道修正偏向器７９、ＮＡ開口部材８０、３枚の電極を有する第２対物レンズ８１、収差補正レンズ８２、第１拡大レンズ８３、補助レンズ群８４及び第２拡大レンズ８５を備えている。
【００４４】
ビーム分離器７７によって分離された二次電子線は、ビーム軌道修正偏向器７９によって更に偏向されて試料Ｓの法線方向と平行な方向に進む。ビーム軌道修正偏向器７９も例えば電磁偏向器であり、ビーム分離器７７が一次電子線を偏向した角と同じ角度で且つ逆方向に、即ち−αだけ二次電子線を偏向する。これにより、二次電子線の主光線を試料Ｓに垂直に進ませるとともに、試料から発散したビームは２段のレンズ間で平行ビームとなるため、偏向色収差を除去することができる。なお、ビーム分離器７７及びビーム軌道修正偏向器７９における偏向によって非点収差が発生し得る。これを除去するため、これらのビーム分離器には非点収差補正用の電流を重畳することが望ましい。また、ビーム軌道修正偏向器７９を、その偏向角の１／２の角度だけ電子光学系Ｃの光軸Ｌ’に対して傾けることにより、ビーム分離器が小口径であっても歪みを生じなくすることができる。
【００４５】
ビーム軌道修正偏向器７９によって偏向された二次電子線はＮＡ開口部材８０で制限され、第２対物レンズ８１によって僅かに縮小された二次電子像を収差補正レンズ８２の物点８６に形成する。なお、ＮＡ開口部材８０の光軸Ｌ’方向の位置を調整することにより、コマ収差を最小にすることができ、また、倍率色収差も充分小さくすることができる。ここで、第１対物レンズ７８と第２対物レンズ８１との縮小率を大きくしたとき、二次電子線は実線８７で示す経路を進み、第１対物レンズ７８と第２対物レンズ８１との縮小率を小さくしたときには、二次電子線は点線８８で示す経路を進む。
【００４６】
収差補正レンズ８２の構成は図１に示す収差補正レンズ６と同様であり、ここでの説明は省略する。収差補正レンズ８２は物点８６における二次電子像を像点８９に形成し、像点８９からの二次電子線は第１拡大レンズ８３、補助レンズ群８４及び第２拡大レンズ８５によって倍率を調整され、検出器Ｄの画素ピッチに一致するよう所望の大きさに拡大された像を検出器Ｄに形成する。
【００４７】
検出器Ｄからの出力は制御系ＥのＣＰＵ９０に供給され、ＣＰＵ９０は検出器Ｄの出力を用いて試料面の二次元画像信号を生成する。この二次元画像信号を用いて表示された画像に収差が含まれるとき、その収差を補正するため、ＣＰＵ９０からの命令を受けて、制御電源９１は第１対物レンズ７８及び第２対物レンズ８１の各電極に与える電圧を調整する。
【００４８】
ここで第１対物レンズ７８及び第２対物レンズ８１について説明する。まず、第１対物レンズ７８は電極７８１、７８２、７８３を有しており、その中央電極７８２は、中央に電子線通過用の開口を有する円錐台部分とその周囲の円板部分とからなる。こうした形状にすることにより、コマ収差を小さくし、しかも、比較的小さな正の電圧で所望の焦点距離を得ることができる。試料Ｓに近い方の電極７８３に与える電圧を低くすることにより、試料面での電界強度を小さくして放電を回避することができる。逆に、電極７８３に与える電圧を高くすると、対物レンズ７８の軸上色収差係数を小さくすることができるので、第１対物レンズ７８及び第２対物レンズ８１による軸上色収差を収差補正レンズ８２の負の軸上色収差によって打ち消すことが容易になる。また、電極７８１に与える電圧を例えば±１００Ｖ程度変化させることにより、試料面の凹凸によるフォーカスのズレをダイナミックに補正することができる。
【００４９】
第２対物レンズ８１も複数の（図３では３枚の）電極を持ち、中央の電極に与える電圧を調整することにより、一次電子線の結像位置８６を変えることなく、二次電子像の倍率を調整することができる。この結果を用いて、第１対物レンズ７８と第２対物レンズ８１の球面収差補正係数或いは軸上色収差補正係数を微調整することもできる。
【００５０】
ここで、図４Ａ〜図４Ｅを用いて、これまで説明した第１〜第３の実施の形態に係る電子線装置においてビーム調整のために用いるマークについて説明する。図４Ａは３種類の径の異なる穴を有するマーカー板１０１を示している。すなわち、マーカー板１０１には、径が最小の小マーカー穴１０２、径が中間の中マーカー穴１０３及び径が最大の大マーカー穴１０４がそれぞれ行方向に並ぶように形成されており、これらのマーカー穴以外の領域は二次電子放出率の大きい導電性材料で両面ともコーティングされている。図４Ｂはマーカー板１０１の断面形状を示している。
【００５１】
このマーカー板１０１を試料Ｓと同じ高さの位置に置き、一次電子線を照射して検出器Ｄによってマーカー穴１０２、１０３又は１０４の二次元像を検出する。このとき検出される像の例を図４Ｃ、図４Ｄ及び図４Ｅに示す。電子銃Ｇから試料Ｓを経て検出器Ｄに至る電子線の光路における補正レンズの軸合わせが適切でない場合には、図４Ｃに示すようなコマ収差が観察されるので、図４Ｄに示すような円形の像を得るよう軸合わせを行う必要がある。実際には、図４Ｅに示すように、マーカー穴１０２は小さいので、コントラストが極めて低い像となり、収差が検出し難い。一方、マーカー穴１０４の像はコントラストが大きく且つはっきりしてはいるが、マーカー穴が大きいことによって像のボケも大きくなり、微妙な収差を見逃す危険性も生じ得る。そこで、最適な穴径を選択すればよい。または、別のマーカーとして、図４Ｆに示すように、マーカー板１０１を二次電子放出率の小さい薄膜で作り、マーカー穴１０２〜１０４の代わりに、重金属のドットによるマーカー１０５をＳｉ薄膜上に形成したものを用いるのもよい。
【００５２】
以上、本発明に係る電子線装置の若干の実施の形態を説明したが、本発明はこうした実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形及び修正が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
以上、本発明に係る電子線装置の若干の実施の形態を詳述したところから理解されるよおり、本発明は、二次電子光学系における軸上色収差又は球面収差を補正するので、一次電子線相互間の距離を小さくしても十分に複数の二次電子線を検出することができ、したがって、多くの数の一次電子線を光軸の近傍に配置することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明に係る電子線装置の第１の実施の形態を概略的に示す図である。
【図１Ａ】図１に示す収差補正レンズの縦断面図であり、図１Ｂの線Ｘ−Ｘに沿う断面を示すとともに、これに対応させて図１の収差補正レンズにおける磁界強度及び電界強度の分布を示すグラフである。
【図１Ｂ】図１に示す収差補正レンズの横断面図であり、図１Ａの線Ｙ−Ｙに沿う断面を示す。
【図２】本発明に係る電子線装置の第２の実施の形態を概略的に示す図である。
【図２Ａ】図２に示すＮＡ開口部材の平面図である。
【図２Ｂ】図２に示す検出器のＣＣＤ検出器の配列を示す図である。
【図３】本発明に係る電子線装置の第３の実施の形態を概略的に示す図である。
【図４Ａ】本発明に係る電子線装置で使用可能なマーカーの平面図である。
【図４Ｂ】図４Ａにおける線Ｚ−Ｚに沿う断面図である。
【図４Ｃ】軸合わせが不適切な場合のマーカー穴の像を示す図である。
【図４Ｄ】軸合わせが適切な場合のマーカー穴の像を示す図である。
【図４Ｅ】実際のマーカー穴の像を示す図である。
【図４Ｆ】代替のマーカーの断面図である。
【符号の説明】
【００５５】
Ｇ：電子銃、  Ａ、Ｂ、Ｃ：電子光学系、  Ｄ：検出器、Ｅ：制御系、  Ｓ：試料、
１：マルチ開口部材、  ２：コンデンサ・レンズ、  ３、４：縮小レンズ、  ５：ＮＡ開口部材、  ６：収差補正レンズ、  ７：第１走査偏向器、  ８：プリ偏向器、  ９：物点、  １１：像点、  １２、ビーム分離器、  １３：第２走査偏向器、  １４：軸対称電極、  １５：第１ＭＯＬ偏向器、  １６：第２ＭＯＬ偏向器、  １７：対物レンズ、  １９：二次電子像形成レンズ、  ２０：収差補正レンズ、  ２１、２２：拡大レンズ、
３０：ウィーン・フィルタ、  ３１：パーマロイ・コア、  ３２：ボア、  ３３１〜３３１２：磁極及び電極、  ３４１〜３４１２：絶縁スペーサ、
４１：軸合わせ偏向器、  ４２：コンデンサ・レンズ、  ４３：軸合わせ偏向器、  ４４：成形開口部材、  ４５：コンデンサ・レンズ、  ４６：軸合わせ偏向器、  ４７：成形レンズ、  ４８：一次電子線軌道調整用偏向器、  ４９：ビーム分離器、  ５０：ＮＡ開口部材、  ５１：対物レンズ、  ５２：静電偏向器、  ５３：収差補正レンズ、  ５４：補助レンズ、  ５５、５７：拡大レンズ、  ５６：補助レンズ群、  ５８：偏向器、
５０１：正方形の穴、  ５０２：リング状の穴、  ６２〜６５：ＣＣＤ装置、
７１、７２：コンデンサ・レンズ、  ７３：開口部材、  ７４、７５：レンズ、  ７６：偏向器、  ７７：ビーム分離器、  ７８：第１対物レンズ、  ７９：ビーム軌道修正偏向器、  ８０：ＮＡ開口部材、  ８１：第２対物レンズ、  ８２：収差補正レンズ、  ８３、８５：拡大レンズ、  ８４：補助レンズ群、  ９０：ＣＰＵ、  ９１：制御電源、
１０１：マーカー板：  １０１：小マーカー穴、  １０２：中マーカー穴、  １０３：大マーカー穴、  １０５：重金属のドット
【図１】
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【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図４Ｅ】
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【図４Ｆ】
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