荷電粒子線装置
【課題】収差補正器で使用する多数の電源のノイズの影響を低減し、安定した高分解能観察の可能な荷電粒子線装置を提供する。
【解決手段】電子線を試料１８上に照射し、走査させるＳＥＭカラム１０１と、前記試料を載置する試料ステージ８０が格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器７３と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニット１０３とを備えた荷電粒子線装置において、前記ＳＥＭカラムは、一対の静電レンズ９１、９２と、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器１０とを有し、前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめる構成とする。
【解決手段】電子線を試料１８上に照射し、走査させるＳＥＭカラム１０１と、前記試料を載置する試料ステージ８０が格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器７３と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニット１０３とを備えた荷電粒子線装置において、前記ＳＥＭカラムは、一対の静電レンズ９１、９２と、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器１０とを有し、前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめる構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線応用技術に係り、特に、収差補正器を搭載した走査電子顕微鏡、電子線半導体検査装置、電子線半導体測長装置、収束イオンビーム装置、等の荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、物体の表面を光学顕微鏡よりも高分解能で観察できるため、材料研究用の他、近年微細化の進む半導体ウェハ上のパターンの寸法測長や表面異物検査など産業用装置としても広く用いられている。絶縁物が使われている半導体産業の試料（ウェハ）では、絶縁物を帯電することなく観察できる１ｋＶ以下の低加速電圧で数ｎｍの高分解能が要求されるようになってきた。ＳＥＭの分解能は、試料面上で電子ビームを如何に小さく絞れるかに左右されるので、レンズにより縮小結像された電子源の大きさのほか回折収差や電子レンズの色収差、球面収差などによって決まってくる。今まで電子光学系の工夫、特に光源の縮小率を大きくとり、加速電界、減速電界を組み合わせ対物レンズの形状を最適化して収差を小さくすることで高分解能化を進めてきた。
【０００３】
しかし、光軸の周りに回転対称な対物レンズでは球面収差や色収差はゼロにできないことがScherzerにより証明されており、これら従来の方法では、形状寸法、加工精度、材料、耐電圧の面から高分解能化に制約があった。そこで、４極子と８極子を組み合わせた色及び球面収差補正器により対物レンズの収差をキャンセルする方法が提案され（例えば、非特許文献１参照）、１９９５年にはZachらにより収差補正器を搭載したＳＥＭが実用化された（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
図４に、収差補正器を含むＳＥＭ電子光学系の模式図を示す。収差補正器内部では４段の４極子場の効果で、光軸（ｚ軸）に直交する２方向（磁界レンズによる軌道の光軸回りの回転とともに回転するｘ−ｙ座標系）では互いに軌道が異なる。これをｘ軌道、ｙ軌道と呼び、例えば２段目の位置でｘ軌道、３段目の位置でｙ軌道が各々線状クロスオーバーを形成するよう設定する。この線状クロスオーバーのある２段目、３段目で電子に働く力が一定になるように４極電場と４極磁場を重畳させてやれば、軌道を変えずに系の色収差をｘ方向、ｙ方向独立に制御することができる（例えば、非特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０３３０５号公報
【非特許文献１】H.Rose, Optik 33 (1971) 1〜24ページ
【非特許文献２】J.Zach and M.Haider, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A363 (1995) 316〜325ページ
【非特許文献３】S.Uno, K.Honda, N.Nakamura, M.Matsuya,J.Zach Optik 116 (2005) 438〜448ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
収差補正器には、収差補正器内の各段の多極子で４極子場や８極子場および光軸合わせに必要な偏向場などを重畳して発生させるために多数の電圧源と電流源が必要である。４極子場や８極子場の微調整用も含めると、例えば、上述した従来技術（例えば、［非特許文献２］）の例では、１２極子４段分の４８個の電圧源を使用している。特に、電圧源のリップル・安定度については１ｐｐｍ以下の高精度が必要と言われている。電極に印加された電圧のリップルノイズによりビームが横方向にランダムに振られ、スポット径が大きくなり、収差補正の効果を損なう。特に色収差補正による高分解能化を期待される、低加速ビームでは、この影響が大きい。
【０００７】
この電圧源のノイズの影響を緩和するために、電子光学系全体の総合倍率を変化させて補正の効率を変化させ、低加速観察時に相対的に高い補正電圧になるよう調整する方法もある。しかしながら、総合倍率を小さく、つまりスポット縮小率を小さくすればノイズの影響も見えにくくなるが、色収差補正、球面収差補正に必要な電流、電圧が増大し収差補正電源で印加できる最高電圧、最大電流のスペックで制約されるので、限界はある。さらに、この手法では電源ノイズの影響に応じて、総合倍率を変化させた基準軌道を新たに設定し直さなければならず、煩雑な再調整がその度に必要となる。
【０００８】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、収差補正器で使用する多数の電源のノイズの影響を低減し、安定した高分解能観察が可能な荷電粒子線装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、一対の加速電極の間に色球面収差補正器を配置した構成にして、収差補正器内をその加速電圧Ｖで加速された電子が通過する構造とする。
【００１０】
収差補正器内での極子電圧変動ΔＶによるビーム振れ角αは、一対の加速電極に与える電圧をＶとするとΔＶ／Ｖに比例する。試料面上でのスポットの振れ量ｄは、ランディングエネルギーをｅＶ０とするとα・√（Ｖ/Ｖ０）に比例するから、全体としてΔＶ／√（Ｖ・Ｖ０）に比例する。ランディング電圧Ｖ０は、ダメージやチャージアップなど試料の観察条件の制約で決められるので自由には選べない。極子電圧変動ΔＶは、収差補正器電圧源のリップルや、アースの取り方などに関係しており、ある一定の変動ΔＶmin以下に抑えるのは困難である。そこで対物レンズの収差の補正可能な範囲で加速電圧Ｖを上げて極子電圧変動の影響低減を図ることができる。
【００１１】
以下、本発明による荷電粒子線装置の代表的な構成例を列挙する。
【００１２】
（１）試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、前記照射光学系は、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする。
【００１３】
（２）試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、前記照射光学系は、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記１次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする。
【００１４】
（３）前記（１）又は（２）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする荷電粒子線装置。
【００１５】
（４）前記（１）又は（２）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれていることを特徴とする。
【００１６】
（５）前記構成の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、前記照射光学系を格納するカラムとは絶縁されていることを特徴とする。
【００１７】
（６）電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、前記ＳＥＭカラムは、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを有することを特徴とする。
【００１８】
（７）電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、前記ＳＥＭカラムは、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを特徴とする。
【００１９】
（８）前記（６）又は（７）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする。
【００２０】
（９）前記（６）又は（７）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれていることを特徴とする。
【００２１】
（１０）前記構成の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、前記ＳＥＭカラムとは絶縁されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、収差補正器で使用する多数の電源のノイズによる影響を低減し、安定した高分解能観察の可能な荷電粒子線装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかる第１の実施例としての走査電子顕微鏡の概略構成を説明する図。
【図２】本発明にかかる第２の実施例としての測長ＳＥＭの概略構成を説明する図。
【図３】本発明において用いられる収差補正器の一構成例を示す図。
【図４】収差補正器を含む電子光学系を示す図。
【図５】本発明において用いられる収差補正器の別の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施形態として、本発明を走査電子顕微鏡に適用した場合を例にとって説明するが、本発明は、他の電子線応用装置や陽子やイオンなど他の荷電粒子線装置についても、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、以下に示す実施例と基本的に同様な考え方で適用できる。
【００２５】
（実施例１）
図１に、本発明にかかる第１の実施例としての走査電子顕微鏡の概略構成を示す。本実施例の走査電子顕微鏡は、全体として、真空容器９０内にあって電子線（１次荷電粒子線）を試料上に照射ないし走査させる照射光学系を格納するＳＥＭカラム１０１、試料ステージが格納される試料室１０２、ＳＥＭカラム１０１や試料室１０２の各構成部品を制御するための制御ユニット１０３等により構成されている。制御ユニット１０３には、更に、所定の情報を格納するためのデータストレージ７６や取得画像を表示するモニタ７７、装置と装置ユーザとのマン・マシンインタフェースとなる操作卓７８が接続されている。操作卓は、例えば、キーボードやマウスなどの情報入力手段により構成される。
【００２６】
初めに、ＳＥＭカラム１０１内部の構成要素について説明する。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、ショットキー電子を放出させる。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の先端以外からの電子放出を抑制する。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、光軸０に沿って後段の構成要素へ入射する。第１コンデンサーレンズ６で収束され、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および偏向器８、上加速静電レンズ９１を通り、収差補正器１０に入射する。上加速静電レンズ９１と下減速静電レンズ９２には高圧電源９３により高電圧を印加して、収差補正器１０を通過する間の電子の運動エネルギーを増加させる。偏向器８は、コンデンサーレンズ７の軸と収差補正器１０の軸が一致するように調節される。
【００２７】
上記静電レンズ９１、９２の各々の３枚電極のうち収差補正器上下直近の一枚づつには、収差補正器を通過する電子のエネルギーを決め電源ノイズの影響を相対的に弱めるための電圧を印加し、他の２枚づつの電極に印加する電圧でビームの開き角度と収差補正器出射後のエネルギーを制御する。第２コンデンサーレンズ７のレンズの強さは、上加速静電レンズ９１と連動して、収差補正器１０に平行あるいはそれに近い形でビームが入射するように調整する。上記静電レンズ９１、９２を各々１枚の加速電極で代用してもよいが、その場合、加速電極近辺の静電レンズ作用を考慮に入れて第２コンデンサレンズ７、第３コンデンサレンズ４０を連動させ、所望の照射条件が得られるようにする。
【００２８】
以下、本実施例では、収差補正器１０として、４極―８極子系の色球面収差補正器を例にして説明する。収差補正器１０の各段で４極子、８極子を形成するが、これには１２極の電極（磁極を兼ねてもよい）を用いると、４極子、８極子のほか、２極子、６極子、１２極子も形成可能で、電極、磁極の組み立て誤差、磁極材料の不均一性により生じる場の歪みを電気的に補正するためにそれらを使用する。収差補正器１０により、対物レンズ１７と相殺する色収差、球面収差を与えられた電子ビームは、下減速静電レンズ９２を通過後減速され、第３コンデンサーレンズ４０にてＥｘＢ偏向器７１近辺に集束した後、対物レンズ１７にて、試料１８上に集束し、そのスポットは走査偏向器１５にて試料上を走査される。図中、引出番号３８は、対物アライナである。
【００２９】
試料室１０２内部には、試料１８を載置する試料載置面を備えた試料ステージ８０が格納されている。電子線照射により発生する２次電子（２次荷電粒子）は、対物レンズ１７を抜けて、反射板７２に当たり電子を発生させる。発生した電子は、２次電子検出器７３で検出される。ＥｘＢ偏向器７１により、試料から発生する２次電子の軌道を曲げて直接２次電子検出器７３に導き、検出したり、反射板７２上で２次電子の当たる位置を調整することもできる。
【００３０】
検出された２次電子信号は、走査と同期した輝度信号として制御コンピュータ３０に取り込まれる。制御コンピュータ３０は、取り込んだ輝度信号情報に対して適当な処理を行い、モニタ７７上にＳＥＭ画像として表示される。検出器は、本例では１つしか図示していないが、反射電子や２次電子のエネルギーや角度分布を選別して画像取得できるように、複数配置することもできる。なお、中心に穴のあいた同軸円板状の２次電子検出器を光軸０上に配置すれば、反射板７２は必ずしも必要ではない。
【００３１】
制御ユニット１０３は、電子銃電源２０、制御電圧源２１、加速電圧源２２、第１コンデンサーレンズ電源２３、第２コンデンサーレンズ電源２４、偏向コイル電源２５、収差補正器電源２６、走査コイル電源２７、対物レンズ電源２８、リターディング電源２９、可動絞り微動機構３２、非点補正コイル電源３５、対物アライナー電源３７、２次電子検出器電源７４，ＥｘＢ偏向器電源７５等により構成され、それぞれＳＥＭカラム内の対応する構成要素と、信号伝送路や電気配線等で接続されている。
【００３２】
このような構成において、収差補正器内での極子電圧変動ΔＶによるビーム振れ角αは、収差補正器１０内を加速されて通過する電子のエネルギーをｅＶとすると(-ｅは電子の電荷)ΔＶ／Ｖに比例する。試料面上でのスポットの振れ量ｄは、ランディングエネルギーをｅＶ０とするとα・√（Ｖ/Ｖ０）に比例するから、全体としてΔＶ／√（Ｖ・Ｖ０）に比例する。Ｖ０は試料のダメージなどの制約で決められるので、対物レンズの収差の補正可能な範囲で加速電圧Ｖを上げて収差補正器電源のノイズの影響低減を図ることができる。
【００３３】
例えば、Ｖ０を１ｋＶと設定したときに、ビームが収差補正器内を２ｋＶで加速され通過する場合は、１ｋＶのまま通過する場合に比べ（同じ軌道を維持するために収差補正器の出力電圧は上がるが、極子電圧変動ΔＶが変わらないと仮定すると）、補正器電源ノイズの影響は７１％程度に抑えられる。
【００３４】
図１では、下減速静電レンズを入れて減速しているが、試料にリターディング電圧をかけて、試料直前でビームを減速して所望のランディングエネルギーにしてもよい。
【００３５】
（実施例２）
本実施例では、測長ＳＥＭ（Critical-Dimension-measurement Scanning Electron Microscope）の場合について説明する。測長を行なう試料としては、回路パターンが形成された半導体ウェハ、チップ、あるいはウェハの一部分を切り出して作成した試料片などが挙げられる。
【００３６】
図２には、本発明にかかる第２の実施例としての測長ＳＥＭのハードウェア構成図を示す。測長ＳＥＭの全体構成が、ＳＥＭカラム１０１、試料ステージが格納される試料室１０２、制御ユニット１０３等により構成される点は、実施例１で説明した荷電粒子線応用装置と同じであるが、測長される試料を装置内に導入するための試料準備室（ロードチャンバ）６０を有する。試料準備室６０と装置本体の試料室１０２とはゲートバルブ６２で仕切られており、試料を本体側に導入する際には、ゲートバルブが開いて、試料搬送機構６１により、試料が装置本体の試料室内に搬送される。
【００３７】
制御ユニット１０３についても、おおよその構成は実施例１の装置と同じであるが、測長ＳＥＭの場合には、あらかじめ入力されたレシピに従い試料ステージを駆動し、ウェハ上の所定の位置の画像を取得し、検出した二次電子画像信号に対して画像解析を行ない所定のラインパターンの測長を行なう機能を、制御コンピュータ３０が有している。なお、ＳＥＭカラム１０１内に格納されている電子光学系の各構成要素は実施例１の装置と同じため、説明は省略する。
【００３８】
電子光学系の動作についても、実施例１の荷電粒子線装置と本質的に同様であるが、測長ＳＥＭにおいては自動運転に重点がおかれるため、収差補正器調整動作やアライメントの操作は、制御コンピュータ３０が、あらかじめインプットされた手順で定期的に自動実行する。測長ＳＥＭでは汎用ＳＥＭのように電子銃の加速電圧を大幅に変えて観察することはないので、本発明のように必要な収差補正器１０内のみ加速ビームを通す構造にすることにより、高加速電圧で電子銃を動作させ、そのまま収差補正器１０にビームを入射させる場合と比べて、電子銃の耐電圧が低くてすみ、構造が簡単になるというメリットがある。
【００３９】
また、収差補正器１０を出たあと減速することにより、対物レンズ１７の励磁電流を少なくでき、システム全体の消費電力を低く保つことができる。ここでは測長ＳＥＭへの応用例を示したが、ディフェクトレビューＳＥＭ等の半導体検査装置にも同様に適用可能である。
【００４０】
（実施例３）
図３に、本発明において用いられる収差補正器の一構成例を示す。本例では、１２極子４段の構成例について説明する。
【００４１】
収差補正器１０は、非磁性金属でできたケーシング１２０の中に、光軸に沿って、絶縁材１１９を介して前・後段の加速電極９３、９４が設置され、真空外から電圧導入端子１２１にて加速電圧が印加される。前・後段の加速電極９３、９４の間に、４段の１２極子１１１、１１２、１１３、１１４が絶縁材１２３、１２４を介してケーシング１２０に固定されている。電界１２極子１１１と１１４は、非磁性金属でできており、真空外から電圧導入端子１２１を介して電圧を印加される。電磁界１２極子１１２と１１３は、パーマロイなどの軟磁性材料で構成され、絶縁スリーブ１２５と真空軸シールを介して端部が真空外まで突出し、コイル１１５が取り付けられる。１２極子１１２と１１３は磁極として用いられると同時に、１２極子１１２に電圧を印加して電極としても動作する。２、３段の１２極子各々を、絶縁物（図示せず）を介して軟磁性リング１１６、１１８で固定し、軸上での磁場発生効率を高めている。
【００４２】
収差補正器１０のケーシング１２０が非磁性金属なので、外部磁場の影響を受けないよう収差補正器１０の外側は磁気シールド１１０で覆われている。
【００４３】
１１１、１１２、１１３、１１４の１２極子により４極子場を形成し、１２極子１１２の中央付近と、１２極子１１３の中央付近で、ビームが線状のクロスオーバーを形成するように、４つの１２極子の強さを調整する。この軌道を維持しながら、１１２と１１３において電界４極子場と磁界４極子場を重畳させることにより色収差を補正し、さらに１１１、１１２、１１３、１１４の１２極子で４極子場に重畳して８極子場を発生させ適当な強さに調整することにより球面収差を補正する。他に各段に６極子を重畳して調整することにより軸上コマ収差や３回非点収差などの収差を補正して、高分解能像を得る。
【００４４】
（実施例４）
図５は、収差補正器の別の構成例を示す。本実施例では、収差補正器内の１２極子４段の構成は、実施例３と同一であるが、カラム（鏡体）から絶縁スペーサ１２６を介して収差補正器１０を絶縁（フローティング）した構造になっている。なお、図中、１２７は真空ガスケットを示す。
【００４５】
このフローティングしている収差補正器１０は、収差補正器電源のアース、または鏡体のアースポイントとケーシング１２０を直接アース線でつなぐことによりその電位を定める。特に図示していないが、磁気シールド１１０の支持は、ケーシング１２０から支柱などをたてておこなう。電子顕微鏡では、一般的に用いられているイオンポンプやターボ分子ポンプなどからの微小な漏洩電流がカラムを通ってアースに流れ込んでいる。この、カラムを流れる電流は、光軸付近に弱い磁場をつくり、それがビームを振らせて画像ノイズの原因となる。本実施例のような構造にすることにより、カラムを流れる電流を遮断することができる。このノイズを消すことができ、低加速で高分解能が要求されるＳＥＭには、特に有効である。
【００４６】
以上詳述したように、本発明によれば、収差補正電子光学系で、収差補正器にのみ加速されたビームを通すことにより、収差補正器で使用する多数の電源のノイズによる影響を低減し、安定した高分解能観察の可能な荷電粒子線装置を実現できる。また、電子銃を高加速にし高加速ビームを鏡体内に通し、試料近辺で強減速してノイズを抑える方式に比べ、製作が容易でシステム全体の消費電力を低く抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、走査型電子顕微鏡、半導体検査装置、走査透過型電子顕微鏡、集束イオンビーム装置などへ利用の可能性がある。
【符号の説明】
【００４８】
０…光軸、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…偏向器、１０…収差補正器、１５…走査偏向器、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…制御コンピュータ、３１…可動絞り、３２…可動絞り微動機構、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…第３コンデンサーレンズ、４１…第３コンデンサーレンズ電源、６０…試料準備室、６１…試料搬送機構、６２…ゲートバルブ、６３…試料ステージ制御機構、７１…ＥｘＢ偏向器、７２…反射板、７３…２次電子検出器、７４…２次電子検出器電源、７５…ＥｘＢ偏向器電源、７６…データストレージ、７７…モニタ、７８…操作卓、８０…試料ステージ、８１…試料ステージ制御機構、９０…真空容器、９１…上加速静電レンズ、９２下減速静電レンズ、９３…上電極、９４下電極、１１０…磁気シールド、１１１、１１４…電界１２極子、１１２，１１３…電磁界１２極子、１１５…コイル、１１６…軟磁性リング、１２０…ケーシング、１２１…電圧導入端子、１２２…絶縁スリーブ、１２３、１２４、１２５…絶縁材、１２６…絶縁スペーサ、１２７…真空ガスケット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線応用技術に係り、特に、収差補正器を搭載した走査電子顕微鏡、電子線半導体検査装置、電子線半導体測長装置、収束イオンビーム装置、等の荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、物体の表面を光学顕微鏡よりも高分解能で観察できるため、材料研究用の他、近年微細化の進む半導体ウェハ上のパターンの寸法測長や表面異物検査など産業用装置としても広く用いられている。絶縁物が使われている半導体産業の試料（ウェハ）では、絶縁物を帯電することなく観察できる１ｋＶ以下の低加速電圧で数ｎｍの高分解能が要求されるようになってきた。ＳＥＭの分解能は、試料面上で電子ビームを如何に小さく絞れるかに左右されるので、レンズにより縮小結像された電子源の大きさのほか回折収差や電子レンズの色収差、球面収差などによって決まってくる。今まで電子光学系の工夫、特に光源の縮小率を大きくとり、加速電界、減速電界を組み合わせ対物レンズの形状を最適化して収差を小さくすることで高分解能化を進めてきた。
【０００３】
しかし、光軸の周りに回転対称な対物レンズでは球面収差や色収差はゼロにできないことがScherzerにより証明されており、これら従来の方法では、形状寸法、加工精度、材料、耐電圧の面から高分解能化に制約があった。そこで、４極子と８極子を組み合わせた色及び球面収差補正器により対物レンズの収差をキャンセルする方法が提案され（例えば、非特許文献１参照）、１９９５年にはZachらにより収差補正器を搭載したＳＥＭが実用化された（例えば、非特許文献２参照）。
【０００４】
図４に、収差補正器を含むＳＥＭ電子光学系の模式図を示す。収差補正器内部では４段の４極子場の効果で、光軸（ｚ軸）に直交する２方向（磁界レンズによる軌道の光軸回りの回転とともに回転するｘ−ｙ座標系）では互いに軌道が異なる。これをｘ軌道、ｙ軌道と呼び、例えば２段目の位置でｘ軌道、３段目の位置でｙ軌道が各々線状クロスオーバーを形成するよう設定する。この線状クロスオーバーのある２段目、３段目で電子に働く力が一定になるように４極電場と４極磁場を重畳させてやれば、軌道を変えずに系の色収差をｘ方向、ｙ方向独立に制御することができる（例えば、非特許文献２、３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１０３３０５号公報
【非特許文献１】H.Rose, Optik 33 (1971) 1〜24ページ
【非特許文献２】J.Zach and M.Haider, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A363 (1995) 316〜325ページ
【非特許文献３】S.Uno, K.Honda, N.Nakamura, M.Matsuya,J.Zach Optik 116 (2005) 438〜448ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
収差補正器には、収差補正器内の各段の多極子で４極子場や８極子場および光軸合わせに必要な偏向場などを重畳して発生させるために多数の電圧源と電流源が必要である。４極子場や８極子場の微調整用も含めると、例えば、上述した従来技術（例えば、［非特許文献２］）の例では、１２極子４段分の４８個の電圧源を使用している。特に、電圧源のリップル・安定度については１ｐｐｍ以下の高精度が必要と言われている。電極に印加された電圧のリップルノイズによりビームが横方向にランダムに振られ、スポット径が大きくなり、収差補正の効果を損なう。特に色収差補正による高分解能化を期待される、低加速ビームでは、この影響が大きい。
【０００７】
この電圧源のノイズの影響を緩和するために、電子光学系全体の総合倍率を変化させて補正の効率を変化させ、低加速観察時に相対的に高い補正電圧になるよう調整する方法もある。しかしながら、総合倍率を小さく、つまりスポット縮小率を小さくすればノイズの影響も見えにくくなるが、色収差補正、球面収差補正に必要な電流、電圧が増大し収差補正電源で印加できる最高電圧、最大電流のスペックで制約されるので、限界はある。さらに、この手法では電源ノイズの影響に応じて、総合倍率を変化させた基準軌道を新たに設定し直さなければならず、煩雑な再調整がその度に必要となる。
【０００８】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、収差補正器で使用する多数の電源のノイズの影響を低減し、安定した高分解能観察が可能な荷電粒子線装置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】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明では、一対の加速電極の間に色球面収差補正器を配置した構成にして、収差補正器内をその加速電圧Ｖで加速された電子が通過する構造とする。
【００１０】
収差補正器内での極子電圧変動ΔＶによるビーム振れ角αは、一対の加速電極に与える電圧をＶとするとΔＶ／Ｖに比例する。試料面上でのスポットの振れ量ｄは、ランディングエネルギーをｅＶ０とするとα・√（Ｖ/Ｖ０）に比例するから、全体としてΔＶ／√（Ｖ・Ｖ０）に比例する。ランディング電圧Ｖ０は、ダメージやチャージアップなど試料の観察条件の制約で決められるので自由には選べない。極子電圧変動ΔＶは、収差補正器電圧源のリップルや、アースの取り方などに関係しており、ある一定の変動ΔＶmin以下に抑えるのは困難である。そこで対物レンズの収差の補正可能な範囲で加速電圧Ｖを上げて極子電圧変動の影響低減を図ることができる。
【００１１】
以下、本発明による荷電粒子線装置の代表的な構成例を列挙する。
【００１２】
（１）試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、前記照射光学系は、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする。
【００１３】
（２）試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、前記照射光学系は、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記１次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする。
【００１４】
（３）前記（１）又は（２）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする荷電粒子線装置。
【００１５】
（４）前記（１）又は（２）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれていることを特徴とする。
【００１６】
（５）前記構成の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、前記照射光学系を格納するカラムとは絶縁されていることを特徴とする。
【００１７】
（６）電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、前記ＳＥＭカラムは、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを有することを特徴とする。
【００１８】
（７）電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、前記ＳＥＭカラムは、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを特徴とする。
【００１９】
（８）前記（６）又は（７）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする。
【００２０】
（９）前記（６）又は（７）の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれていることを特徴とする。
【００２１】
（１０）前記構成の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、前記ＳＥＭカラムとは絶縁されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、収差補正器で使用する多数の電源のノイズによる影響を低減し、安定した高分解能観察の可能な荷電粒子線装置を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明にかかる第１の実施例としての走査電子顕微鏡の概略構成を説明する図。
【図２】本発明にかかる第２の実施例としての測長ＳＥＭの概略構成を説明する図。
【図３】本発明において用いられる収差補正器の一構成例を示す図。
【図４】収差補正器を含む電子光学系を示す図。
【図５】本発明において用いられる収差補正器の別の構成例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、実施形態として、本発明を走査電子顕微鏡に適用した場合を例にとって説明するが、本発明は、他の電子線応用装置や陽子やイオンなど他の荷電粒子線装置についても、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、以下に示す実施例と基本的に同様な考え方で適用できる。
【００２５】
（実施例１）
図１に、本発明にかかる第１の実施例としての走査電子顕微鏡の概略構成を示す。本実施例の走査電子顕微鏡は、全体として、真空容器９０内にあって電子線（１次荷電粒子線）を試料上に照射ないし走査させる照射光学系を格納するＳＥＭカラム１０１、試料ステージが格納される試料室１０２、ＳＥＭカラム１０１や試料室１０２の各構成部品を制御するための制御ユニット１０３等により構成されている。制御ユニット１０３には、更に、所定の情報を格納するためのデータストレージ７６や取得画像を表示するモニタ７７、装置と装置ユーザとのマン・マシンインタフェースとなる操作卓７８が接続されている。操作卓は、例えば、キーボードやマウスなどの情報入力手段により構成される。
【００２６】
初めに、ＳＥＭカラム１０１内部の構成要素について説明する。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、ショットキー電子を放出させる。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の先端以外からの電子放出を抑制する。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、光軸０に沿って後段の構成要素へ入射する。第１コンデンサーレンズ６で収束され、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および偏向器８、上加速静電レンズ９１を通り、収差補正器１０に入射する。上加速静電レンズ９１と下減速静電レンズ９２には高圧電源９３により高電圧を印加して、収差補正器１０を通過する間の電子の運動エネルギーを増加させる。偏向器８は、コンデンサーレンズ７の軸と収差補正器１０の軸が一致するように調節される。
【００２７】
上記静電レンズ９１、９２の各々の３枚電極のうち収差補正器上下直近の一枚づつには、収差補正器を通過する電子のエネルギーを決め電源ノイズの影響を相対的に弱めるための電圧を印加し、他の２枚づつの電極に印加する電圧でビームの開き角度と収差補正器出射後のエネルギーを制御する。第２コンデンサーレンズ７のレンズの強さは、上加速静電レンズ９１と連動して、収差補正器１０に平行あるいはそれに近い形でビームが入射するように調整する。上記静電レンズ９１、９２を各々１枚の加速電極で代用してもよいが、その場合、加速電極近辺の静電レンズ作用を考慮に入れて第２コンデンサレンズ７、第３コンデンサレンズ４０を連動させ、所望の照射条件が得られるようにする。
【００２８】
以下、本実施例では、収差補正器１０として、４極―８極子系の色球面収差補正器を例にして説明する。収差補正器１０の各段で４極子、８極子を形成するが、これには１２極の電極（磁極を兼ねてもよい）を用いると、４極子、８極子のほか、２極子、６極子、１２極子も形成可能で、電極、磁極の組み立て誤差、磁極材料の不均一性により生じる場の歪みを電気的に補正するためにそれらを使用する。収差補正器１０により、対物レンズ１７と相殺する色収差、球面収差を与えられた電子ビームは、下減速静電レンズ９２を通過後減速され、第３コンデンサーレンズ４０にてＥｘＢ偏向器７１近辺に集束した後、対物レンズ１７にて、試料１８上に集束し、そのスポットは走査偏向器１５にて試料上を走査される。図中、引出番号３８は、対物アライナである。
【００２９】
試料室１０２内部には、試料１８を載置する試料載置面を備えた試料ステージ８０が格納されている。電子線照射により発生する２次電子（２次荷電粒子）は、対物レンズ１７を抜けて、反射板７２に当たり電子を発生させる。発生した電子は、２次電子検出器７３で検出される。ＥｘＢ偏向器７１により、試料から発生する２次電子の軌道を曲げて直接２次電子検出器７３に導き、検出したり、反射板７２上で２次電子の当たる位置を調整することもできる。
【００３０】
検出された２次電子信号は、走査と同期した輝度信号として制御コンピュータ３０に取り込まれる。制御コンピュータ３０は、取り込んだ輝度信号情報に対して適当な処理を行い、モニタ７７上にＳＥＭ画像として表示される。検出器は、本例では１つしか図示していないが、反射電子や２次電子のエネルギーや角度分布を選別して画像取得できるように、複数配置することもできる。なお、中心に穴のあいた同軸円板状の２次電子検出器を光軸０上に配置すれば、反射板７２は必ずしも必要ではない。
【００３１】
制御ユニット１０３は、電子銃電源２０、制御電圧源２１、加速電圧源２２、第１コンデンサーレンズ電源２３、第２コンデンサーレンズ電源２４、偏向コイル電源２５、収差補正器電源２６、走査コイル電源２７、対物レンズ電源２８、リターディング電源２９、可動絞り微動機構３２、非点補正コイル電源３５、対物アライナー電源３７、２次電子検出器電源７４，ＥｘＢ偏向器電源７５等により構成され、それぞれＳＥＭカラム内の対応する構成要素と、信号伝送路や電気配線等で接続されている。
【００３２】
このような構成において、収差補正器内での極子電圧変動ΔＶによるビーム振れ角αは、収差補正器１０内を加速されて通過する電子のエネルギーをｅＶとすると(-ｅは電子の電荷)ΔＶ／Ｖに比例する。試料面上でのスポットの振れ量ｄは、ランディングエネルギーをｅＶ０とするとα・√（Ｖ/Ｖ０）に比例するから、全体としてΔＶ／√（Ｖ・Ｖ０）に比例する。Ｖ０は試料のダメージなどの制約で決められるので、対物レンズの収差の補正可能な範囲で加速電圧Ｖを上げて収差補正器電源のノイズの影響低減を図ることができる。
【００３３】
例えば、Ｖ０を１ｋＶと設定したときに、ビームが収差補正器内を２ｋＶで加速され通過する場合は、１ｋＶのまま通過する場合に比べ（同じ軌道を維持するために収差補正器の出力電圧は上がるが、極子電圧変動ΔＶが変わらないと仮定すると）、補正器電源ノイズの影響は７１％程度に抑えられる。
【００３４】
図１では、下減速静電レンズを入れて減速しているが、試料にリターディング電圧をかけて、試料直前でビームを減速して所望のランディングエネルギーにしてもよい。
【００３５】
（実施例２）
本実施例では、測長ＳＥＭ（Critical-Dimension-measurement Scanning Electron Microscope）の場合について説明する。測長を行なう試料としては、回路パターンが形成された半導体ウェハ、チップ、あるいはウェハの一部分を切り出して作成した試料片などが挙げられる。
【００３６】
図２には、本発明にかかる第２の実施例としての測長ＳＥＭのハードウェア構成図を示す。測長ＳＥＭの全体構成が、ＳＥＭカラム１０１、試料ステージが格納される試料室１０２、制御ユニット１０３等により構成される点は、実施例１で説明した荷電粒子線応用装置と同じであるが、測長される試料を装置内に導入するための試料準備室（ロードチャンバ）６０を有する。試料準備室６０と装置本体の試料室１０２とはゲートバルブ６２で仕切られており、試料を本体側に導入する際には、ゲートバルブが開いて、試料搬送機構６１により、試料が装置本体の試料室内に搬送される。
【００３７】
制御ユニット１０３についても、おおよその構成は実施例１の装置と同じであるが、測長ＳＥＭの場合には、あらかじめ入力されたレシピに従い試料ステージを駆動し、ウェハ上の所定の位置の画像を取得し、検出した二次電子画像信号に対して画像解析を行ない所定のラインパターンの測長を行なう機能を、制御コンピュータ３０が有している。なお、ＳＥＭカラム１０１内に格納されている電子光学系の各構成要素は実施例１の装置と同じため、説明は省略する。
【００３８】
電子光学系の動作についても、実施例１の荷電粒子線装置と本質的に同様であるが、測長ＳＥＭにおいては自動運転に重点がおかれるため、収差補正器調整動作やアライメントの操作は、制御コンピュータ３０が、あらかじめインプットされた手順で定期的に自動実行する。測長ＳＥＭでは汎用ＳＥＭのように電子銃の加速電圧を大幅に変えて観察することはないので、本発明のように必要な収差補正器１０内のみ加速ビームを通す構造にすることにより、高加速電圧で電子銃を動作させ、そのまま収差補正器１０にビームを入射させる場合と比べて、電子銃の耐電圧が低くてすみ、構造が簡単になるというメリットがある。
【００３９】
また、収差補正器１０を出たあと減速することにより、対物レンズ１７の励磁電流を少なくでき、システム全体の消費電力を低く保つことができる。ここでは測長ＳＥＭへの応用例を示したが、ディフェクトレビューＳＥＭ等の半導体検査装置にも同様に適用可能である。
【００４０】
（実施例３）
図３に、本発明において用いられる収差補正器の一構成例を示す。本例では、１２極子４段の構成例について説明する。
【００４１】
収差補正器１０は、非磁性金属でできたケーシング１２０の中に、光軸に沿って、絶縁材１１９を介して前・後段の加速電極９３、９４が設置され、真空外から電圧導入端子１２１にて加速電圧が印加される。前・後段の加速電極９３、９４の間に、４段の１２極子１１１、１１２、１１３、１１４が絶縁材１２３、１２４を介してケーシング１２０に固定されている。電界１２極子１１１と１１４は、非磁性金属でできており、真空外から電圧導入端子１２１を介して電圧を印加される。電磁界１２極子１１２と１１３は、パーマロイなどの軟磁性材料で構成され、絶縁スリーブ１２５と真空軸シールを介して端部が真空外まで突出し、コイル１１５が取り付けられる。１２極子１１２と１１３は磁極として用いられると同時に、１２極子１１２に電圧を印加して電極としても動作する。２、３段の１２極子各々を、絶縁物（図示せず）を介して軟磁性リング１１６、１１８で固定し、軸上での磁場発生効率を高めている。
【００４２】
収差補正器１０のケーシング１２０が非磁性金属なので、外部磁場の影響を受けないよう収差補正器１０の外側は磁気シールド１１０で覆われている。
【００４３】
１１１、１１２、１１３、１１４の１２極子により４極子場を形成し、１２極子１１２の中央付近と、１２極子１１３の中央付近で、ビームが線状のクロスオーバーを形成するように、４つの１２極子の強さを調整する。この軌道を維持しながら、１１２と１１３において電界４極子場と磁界４極子場を重畳させることにより色収差を補正し、さらに１１１、１１２、１１３、１１４の１２極子で４極子場に重畳して８極子場を発生させ適当な強さに調整することにより球面収差を補正する。他に各段に６極子を重畳して調整することにより軸上コマ収差や３回非点収差などの収差を補正して、高分解能像を得る。
【００４４】
（実施例４）
図５は、収差補正器の別の構成例を示す。本実施例では、収差補正器内の１２極子４段の構成は、実施例３と同一であるが、カラム（鏡体）から絶縁スペーサ１２６を介して収差補正器１０を絶縁（フローティング）した構造になっている。なお、図中、１２７は真空ガスケットを示す。
【００４５】
このフローティングしている収差補正器１０は、収差補正器電源のアース、または鏡体のアースポイントとケーシング１２０を直接アース線でつなぐことによりその電位を定める。特に図示していないが、磁気シールド１１０の支持は、ケーシング１２０から支柱などをたてておこなう。電子顕微鏡では、一般的に用いられているイオンポンプやターボ分子ポンプなどからの微小な漏洩電流がカラムを通ってアースに流れ込んでいる。この、カラムを流れる電流は、光軸付近に弱い磁場をつくり、それがビームを振らせて画像ノイズの原因となる。本実施例のような構造にすることにより、カラムを流れる電流を遮断することができる。このノイズを消すことができ、低加速で高分解能が要求されるＳＥＭには、特に有効である。
【００４６】
以上詳述したように、本発明によれば、収差補正電子光学系で、収差補正器にのみ加速されたビームを通すことにより、収差補正器で使用する多数の電源のノイズによる影響を低減し、安定した高分解能観察の可能な荷電粒子線装置を実現できる。また、電子銃を高加速にし高加速ビームを鏡体内に通し、試料近辺で強減速してノイズを抑える方式に比べ、製作が容易でシステム全体の消費電力を低く抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明は、走査型電子顕微鏡、半導体検査装置、走査透過型電子顕微鏡、集束イオンビーム装置などへ利用の可能性がある。
【符号の説明】
【００４８】
０…光軸、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…偏向器、１０…収差補正器、１５…走査偏向器、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…制御コンピュータ、３１…可動絞り、３２…可動絞り微動機構、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…第３コンデンサーレンズ、４１…第３コンデンサーレンズ電源、６０…試料準備室、６１…試料搬送機構、６２…ゲートバルブ、６３…試料ステージ制御機構、７１…ＥｘＢ偏向器、７２…反射板、７３…２次電子検出器、７４…２次電子検出器電源、７５…ＥｘＢ偏向器電源、７６…データストレージ、７７…モニタ、７８…操作卓、８０…試料ステージ、８１…試料ステージ制御機構、９０…真空容器、９１…上加速静電レンズ、９２下減速静電レンズ、９３…上電極、９４下電極、１１０…磁気シールド、１１１、１１４…電界１２極子、１１２，１１３…電磁界１２極子、１１５…コイル、１１６…軟磁性リング、１２０…ケーシング、１２１…電圧導入端子、１２２…絶縁スリーブ、１２３、１２４、１２５…絶縁材、１２６…絶縁スペーサ、１２７…真空ガスケット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、
前記照射光学系は、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、
前記照射光学系は、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記１次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、
前記ＳＥＭカラムは、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、
前記ＳＥＭカラムは、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、前記制御ユニットは、前記試料ステージを駆動し前記試料上の所定の位置のＳＥＭ画像を取得することにより、前記試料上のパターンの測長を行う機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１】
試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、
前記照射光学系は、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
試料を載置する試料ステージと、前記試料ステージ上に載置された前記試料に対して１次荷電粒子線を走査する照射光学系と、前記１次荷電粒子線の走査により発生する２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号を画像表示する表示手段とを有し、
前記照射光学系は、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記１次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器とを備え、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記１次荷電粒子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、
前記ＳＥＭカラムは、一対の加速電極と、前記一対の加速電極の間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の加速電極に高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
電子線を試料上に照射し、走査させるＳＥＭカラムと、前記試料を載置する試料ステージが格納される試料室と、前記電子線の走査により発生する２次電子を検出する検出器と、前記検出器の出力信号をＳＥＭ画像として表示する表示手段と、前記ＳＥＭカラム、前記試料室、前記表示手段を含む各構成部品を制御するための制御ユニットとを備えた荷電粒子線装置において、
前記ＳＥＭカラムは、一対の静電レンズと、前記一対の静電レンズの間に置かれた前記電子線の収差を補正する収差補正器とを有し、
前記収差補正器は、電界もしくは磁界、またはその両方の４極子場と８極子場を発生させる複数個の多極子素子群と、前記複数個の多極子群の、光軸に沿って前段と後段のそれぞれに、軸対称な加速電極が組み込まれており、
前記一対の静電レンズに高電圧を印加して、前記収差補正器を通過する間の前記電子線を加速せしめることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項４又は５に記載の荷電粒子線装置において、前記収差補正器は、色収差もしくは球面収差、またはその両方を補正できる収差補正器であること特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項４乃至６のいずれか一項に記載の荷電粒子線装置において、前記制御ユニットは、前記試料ステージを駆動し前記試料上の所定の位置のＳＥＭ画像を取得することにより、前記試料上のパターンの測長を行う機能を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１１−２５８５７３（Ｐ２０１１−２５８５７３Ａ）
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８４３２５（Ｐ２０１１−１８４３２５）
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【分割の表示】特願２００６−１６９７８７（Ｐ２００６−１６９７８７）の分割
【原出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月２２日（２０１１．１２．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２６日（２０１１．８．２６）
【分割の表示】特願２００６−１６９７８７（Ｐ２００６−１６９７８７）の分割
【原出願日】平成１８年６月２０日（２００６．６．２０）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]