(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系、及び前記結像させた荷電粒子線像を検出する検出手段を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光をカットする機構を備え、前記迷光をカットする機構が、前記荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間に置かれ、当該検出手段が取り込める開き角で決定される径を持つアパーチャであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系、及び前記結像させた荷電粒子線像を検出する検出手段を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光をカットする機構を備え、前記迷光をカットする機構が、前記荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間の鏡筒内壁に設けられた、前記結像に寄与しない荷電粒子線を散乱させる部材、又は前記結像に寄与しない荷電粒子線を吸収する部材を有してなることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系、及び前記結像させた荷電粒子線像を検出する検出手段を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光をカットする機構を備え、前記迷光をカットする機構が、前記荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間の鏡筒内壁に設けられた、前記荷電粒子線光学系の鏡筒内壁に覆われた導電体と、当該導電体の内側全体に設けられたメッシュ状導電体を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【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用いて物体面の観察、検査等を行う荷電粒子線装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線を物体面に照射し、物体面から発生する二次電子や反射電子を、荷電粒子線光学系を用いて二次元的に拡大結像させ、物体面の微小な部分を観察したり検査したりする装置の開発が進められている。
【０００３】
このような装置の例として、電子線検査装置の１例の概要図を図３に示す。電子線検査装置は、主に一次コラム１３、二次コラム１４と試料室チャンバー１５とで構成されている。それらには、真空排気系が設置されており、真空排気系による排気によって、電子線検査装置の内部は真空に保たれている。
【０００４】
試料室チャンバー１５の内部には、ステージ１２が設けられ、その上には試料１１等が載置されている。図１に示すように、一次コラム１３の内部に設置された電子銃１から照射される一次電子線１６は、一次光学系２を通過して電磁プリズム３に入射する。一次光学系２は、電子レンズ、アライナ、アパーチャ等で構成されている。
【０００５】
一次電子線１６は、電磁プリズム３によってその光路が変更された後に開口絞り４に達し、この位置に電子銃１のクロスオーバーの像を結像する。開口絞り４を通過した一次電子線１６は、アライナ５を通過した後、カソードレンズ６によるレンズ作用を受けて試料１１をケーラー照明する。試料１１に一次電子線１６が照射されると、試料１１からは、その表面形状、材質分布、電位の変化などに応じた分布の二次電子線１７及び反射電子線などが発生する。
【０００６】
このうち、今回の適用例では、主に二次電子線１７が観察用電子線となる。試料１１から放出された二次電子線１７は、カソードレンズ６、アライナ５、開口絞り４、電磁プリズム３、二次光学系７の順に通過した後、ＭＣＰユニット（Micro Channel Plate、蛍光板を含む）８に入射する。二次電子光学系７は、電子レンズ、アライナ、アパーチャ等で構成されている。ＭＣＰユニット８の蛍光板には、二次光学系７によって拡大された試料１１の電子光学像が投影されて光学像に変換され、大気中に置かれたリレーレンズ９を通過して、ＣＣＤなどの撮像素子１０に結像される。ＣＣＤ１０に結像された像はディスプレイ等に表示される。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような荷電粒子線装置を用いて物体面の観察、検査等を行う際に、荷電粒子線光学系がズーム拡大系になっている場合、荷電粒子線光学系の最後のレンズで倍率を稼ごうとする場合がある。その場合、低倍率時にはＭＣＰユニット等の検出器の検出面ぎりぎりに広がる荷電粒子線が、高倍率になると、瞳を出てからより広い角度で広がりながら検出面に入るようになる。そのため、検出器での結像には寄与しない荷電粒子線が、途中の鏡筒等で反射して検出器に入ってきてしまう場合があった。このように荷電粒子線の迷光が検出器に入ってきてしまうと、検出器で得られる荷電粒子線像に輝点や輝線が映ってしまい、本来得られるべき信号を劣化させてしまう。
【０００８】
二次光学系７を構成するレンズのうち、検出器であるＭＣＰユニット８のもっとも近くに位置する静電レンズ１８からＭＣＰユニット８までの構成を拡大した図を図４、図５に示す。図４は低倍率での観察時の電子線結像状態を示した概略図である。二次光学系７を構成するレンズのうち、検出器であるＭＣＰユニット８の最も近くに位置する静電レンズ１８から出て来た電子線２０は、途中の鏡筒１９の内壁で反射することなくＭＣＰユニット８の検出面いっぱいに入るように設計されている。ここでズームをかけて高倍率にしようとした場合、図５に示すように、主に最後の静電レンズ１８の焦点距離を変えて倍率を高くする方法がとられる。しかし、このように高倍率に結像しようとして静電レンズ１８の焦点距離を変えると、実際にＭＣＰユニット８の検出面いっぱいに結像するような電子線２１は、低倍率時の電子線２０より、静電レンズ１８に入射する時の光束が狭くなる。
【０００９】
従って、低倍率時の電子線２０と同じ幅で入ってきたような電子線２２は、静電レンズ１８で拡大されすぎて、瞳２５とＭＣＰユニット８との間の鏡筒内壁で反射されてしまい、迷光としてＭＣＰユニット８に入射してしまう。観察している側から見ると、実際には結像に寄与しない電子線の迷光２２が入ってきてしまうため、輝点や輝線が見られるようになる。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、荷電粒子線をズーム拡大して結像させる荷電粒子光学系を有する装置であっても、高倍率での観察等を行なうときに、迷光の影響を受けない荷電粒子線装置を提供することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に関連する第１の荷電粒子線装置は、荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系、及び前記結像させた荷電粒子線像を検出する検出手段を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光をカットする機構を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置である。
【００１２】
上記の第１の荷電粒子線装置においては、荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光がカットされて検出手段に入射しない。よって、検出手段にこれらの迷光による輝点や輝線が映ってしまうことがないので、本来得られるべき信号が劣化することがない。
【００１３】
本発明に関連する第２の荷電粒子線装置は、前記第１の荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線の迷光をカットする機構が、前記荷電粒子光学系に属し、前記検出手段の最も近くに位置する荷電粒子レンズと前記検出手段との間に設けられていることを特徴とするものである。
【００１４】
荷電粒子線が迷光となるのは、荷電粒子線光学系における最終荷電粒子レンズの後の瞳の後方で、拡大された荷電粒子線が鏡筒の内壁で反射されて検出器に入射する場合が最も多い。よって、迷光をカットする機構を、前記荷電粒子光学系に属し、前記検出手段の最も近くに位置する荷電粒子レンズと前記検出手段との間に設けることにより、最も効率的に迷光の影響を避けることができる。
【００１５】
本発明に関連する第３の荷電粒子線装置は、前記第１の荷電粒子線装置又は第２の荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系が、荷電粒子線をズーム拡大して結像させるものであることを特徴とするものである。
【００１６】
荷電粒子線をズーム拡大して結像させる方式の荷電粒子線においては、前述のように、高倍率となったときに迷光となる荷電粒子線が発生しやすい。よって、このような方式の荷電粒子線装置においては、迷光をカットする機構を設ける効果は、特に大きい。
【００１７】
前記課題を解決するための第１の手段は、荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系、及び前記結像させた荷電粒子線像を検出する検出手段を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光をカットする機構を備え、前記迷光をカットする機構が、前記荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間に置かれ、当該検出手段が取り込める開き角で決定される径を持つアパーチャであることを特徴とするもの（請求項１）である。
【００１８】
本手段においては、荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間に、当該検出手段の取り込める開き角で決定される径を持つアパーチャが設けられている。「検出手段が取り込める開き角で決定される径を持つアパーチャ」とは、ズーム機構が設けられている場合は、荷電粒子光学系のズーム倍率を最大にしたときに、検出手段の検出面に到達する荷電粒子線を通過させ、それより外側の荷電粒子線を通過させないような径を有するアパーチャのことである。
【００１９】
ズーム機構が用いられていない場合は、必要な倍率の像を検出手段の検出面に結像させるときに、当該検出面に到達しないような荷電粒子線をカットするようなアパーチャのことである。アパーチャの径をこのように定めることにより、荷電粒子光学系のズーム倍率を最大にしたときに、直接検出手段の検出面に到達できずに迷光となる荷電粒子線がカットされて検出手段に入射しない。よって、検出手段にこれらの迷光による輝点や輝線が映ってしまうことがないので、本来得られるべき信号が劣化することがない。
【００２０】
前記課題を解決するための第２の手段は、荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系、及び前記結像させた荷電粒子線像を検出する検出手段を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光をカットする機構を備え、前記迷光をカットする機構が、前記荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間の鏡筒内壁に設けられた、前記結像に寄与しない荷電粒子線を散乱させる部材、又は前記結像に寄与しない荷電粒子線を吸収する部材を有してなることを特徴とするもの（請求項２）である。
【００２１】
本手段においては、検出手段の検出面に到達できず、鏡筒内壁に到達する荷電粒子線が散乱されたり吸収されたりする。散乱される場合は、検出手段の検出面に到達した場合でも強度が弱くなりかつ一様となるので、検出手段に迷光による輝点や輝線が映ってしまうことがなく、本来得られるべき信号が劣化することがない。また、吸収される場合は、検出手段の迷光が到達することがないので、同様に、検出手段に迷光による輝点や輝線が映ってしまうことがなく、本来得られるべき信号が劣化することがない。なお、いうまでもないことであるが、結像に寄与しない荷電粒子線を散乱させる部材、前記結像に寄与しない荷電粒子線を吸収する部材は、必ずしも荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間の全域に亘って設ける必要はなく、設計条件から迷光となる可能性のある荷電粒子線が入射する位置にのみ設けてもよい。
前記課題を解決するための第３の手段は、荷電粒子線を結像させる荷電粒子光学系、及び前記結像させた荷電粒子線像を検出する検出手段を備えた荷電粒子線装置であって、前記荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光をカットする機構を備え、前記迷光をカットする機構が、前記荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間の鏡筒内壁に設けられた、前記荷電粒子線光学系の鏡筒内壁に覆われた導電体と、当該導電体の内側全体に設けられたメッシュ状導電体を有することを特徴とするもの（請求項３）である。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を用いて本発明の実施形態の例を説明するを説明する。本実施の形態が前提としている荷電粒子線装置は、図３に示したものである。図１、図２は、図４、図５と同じように、二次光学系７を構成するレンズのうち、検出器であるＭＣＰユニット８の最も近くに位置する静電レンズ１８からＭＣＰユニット８までの構成を拡大した図である。なお、本実施の形態においては、検出器としてＭＣＰユニットを用いているが、本発明において用いられる検出器がこれに限られないことはいうまでもない。
【００２３】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示すもので、瞳２５とＭＣＰユニット８との間に高倍率時の開き角で決まる絞り２３を取り付け、結像に寄与しない電子線の迷光２２をカットするようにしている。すなわち、絞り２３の口径は、最高倍率時に、ＭＣＰユニット８の結像面に直接到達する電子線のみが通過できるような口径とされている。よって、ＭＣＰユニット８には結像に寄与する電子線２１のみが入射し、結像に寄与しない電子線２２はカットされるので、これらの電子線が鏡筒１９で反射されてＭＣＰユニット８の検出面に到達することがなく、従って良好な観察像を得ることができる。
【００２４】
図２は、本発明の第２の実施の形態を示すもので、瞳２５とＭＣＰユニット８との間の、鏡筒１９の内壁に電子線を吸収する部材を設けたものてある。電子線を吸収する部材は、正電位に印加された導電体２４と不図示の接地電位に設定されたメッシュ状の導電体２６とから構成されている。
【００２５】
正電位導電体２４は、鏡筒１９の内壁全面を覆うように設けられているとともに、鏡筒１９に支持されている。鏡筒１９は、接地電位に設定されているので、正電位導電体２４との間には不図示の絶縁体が介在している。また、メッシュ状導電体２６は、正電位導電体２４に沿って内側全面に設けられている。
【００２６】
そのためメッシュ状導電体２６を通り抜けて導電体２４に達した電子線は、導電体２４に吸収されて反射されないので、迷光となることはない。また、正電位導電体２４に沿って内側全面にメッシユ状の導電体２６を設けるのは、導電体２４に印加した正電位が、結像に寄与する電子線に影響を与えて結像性能を低下させることを防止するためである。
【００２７】
結像に寄与しない電子線の迷光が鏡筒１９内の一部分においてのみ発生する場合には、導電体２４及びメッシュ状導電体２６（電子線吸収部材）は、その部分に部分的に配置すればよい。また、かかる迷光が結像性能に与える影響の度合いに応じて、電子線吸収部材を鏡筒１９内に部分的に配置してもよい。
【００２８】
また、以上の説明においては、電子線を吸収する部材として、正電位導電体２４とメッシュ状導電体２６との組み合わせを例としたが、メツシュ状導電体２６ぱ必ずしも必要な構成ではなく、鏡筒１９内の構成（電子光学系の配置等）により正電位が電子線の結像性能に与える影響の度合いを考慮して必要性を判断する。さらに、イオンビーム（正）の場合は、イオンビームを吸収する部材として、正電位導電体と逆の電位に印加した導電体を用いる。
【００２９】
また、このような構造とする代わりに、電子の散乱率が高い重金属（例えば金）の部材２４を鏡筒１９の内壁全面又は一部に貼り付け、その表面を粗面とすることで電子線を乱反射させて拡散するようにしてもよい、このようにすることで、ＭＣＰユニット８の検出面に到達できる迷光の強さは弱まり、しかも均一となるので、検出手段に迷光による輝点や輝線が映ってしまうことがなく、本来得られるべき信号が劣化することがない。
【００３０】
以上説明した実施の形態は、荷電粒子線を拡大する倍率がズームにより可変とされているものであった。このような方式の荷電粒子線装置においては、倍率が大きくなったときに迷光の発生が大きくなるので、本発明を適用するのが最も好ましいが、本発明の応用としては、このようなものにかぎられるものではなく、例えば固定倍率方式の荷電粒子線にも適用できる。すなわち、この場合にも、ＭＣＰユニット８のような検出手段に入射せず、結像に寄与しないような荷電粒子線を、吸収又はカットすることにより、迷光の発生を防止することができる。
【００３１】
さらに、以上説明した実施の形態においては、荷電粒子線をカットする絞り２３や、荷電粒子線を吸収する電子線吸収部材２４が、荷電粒子光学系の瞳位置と前記検出手段との間に置かれていたが、荷電粒子線の方式により、例えば絞りを静電レンズ１８の前側とか、静電レンズ１８と瞳２５の間とかに設けることもでき、場合によっては、これらの位置に荷電粒子線吸収部材を設けることも有効である。
【００３２】
さらに、以上説明した実施の形態は、試料からの二次電子を用いた検査装置であったが、本発明は、二次電子の代わりに、反射電子や透過電子を用いたものにも適用できる。また、本発明は、観察装置及び検査装置等の単体装置ばかりでなく、半導体露光装置などにも簡単に適用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明においては、荷電粒子線像の結像に寄与しない荷電粒子線の迷光がカットされて検出手段に入射しないので、検出手段にこれらの迷光による輝点や輝線が映ってしまうことがなく、本来得られるべき信号が劣化することがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す図である。
【図２】本発明の第２の実施の形態を示す図である。
【図３】電子線検査装置の１例の概要を示す図である。
【図４】低倍率での観察時の電子線の結像状態を示した概略図である。
【図５】高倍率での観察時の電子線の結像状態を示した概略図である。
【符号の説明】
１…電子銃、２…一次光学系、３…電磁プリズム、４…開口絞り、５…アライナ、６…カソードレンズ、７…二次光学系、８…ＭＣＰユニット、９…リレーレンズ、１０…撮像素子（ＣＣＤ）、１１…試料、１２…ステージ、１３…一次コラム、１４…二次コラム、１５…試料室チャンバー、１６…一次電子線、１７…二次電子線、１８…静電レンズ、１９…鏡筒、２０…低倍率時の電子線、２１…高倍率時の電子線、２２…高倍率時の迷光電子線、２３…絞り、２４…電子線吸収部材、２５…瞳、２６…メッシュ状導電体
【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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