JP2006221870A - Electron beam device - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a beam current in a mapping projection type defect inspecting device having a large visual field, and a lithography device. <P>SOLUTION: Primary electron beams are emitted from an electron gun 1 onto the surface of a sample 6 via a condenser lens 2, an aperture (NA) 3, an irradiation lens 4, and an objective lens 5. The farther electron beams are separated from an optical axis, the larger aberration becomes. However, an appropriate electric field or magnetic field is given by an MOL deflector 7 or an axially symmetric electrode 8 arranged inside the objective lens 5, thus moving the axis of the objective lens in parallel, and hence obtaining a wide visual field. The positive on-axis chromatic aberration of a secondary electron image passing through the objective lens is corrected by a negative on-axis chromatic aberration generated by a chromatic aberration corrector 12. As a result, NA can be increased, the beam current can be increased even if the same resolution is obtained, thus achieving a high-throughput evaluation. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、電子線装置に関し、より詳細には、半導体ウエハ等の試料上に、最小線幅０．２μｍ以下のパターンを、電子線を用いて描画又は転写するための装置、及び、試料上に形成されたパターンを評価するために電子線によりパターン画像を得るための装置に関する。   The present invention relates to an electron beam apparatus, and more specifically, an apparatus for drawing or transferring a pattern having a minimum line width of 0.2 μm or less onto a sample such as a semiconductor wafer using an electron beam, and the sample. The present invention relates to an apparatus for obtaining a pattern image with an electron beam in order to evaluate a pattern formed on the substrate.

従来、ＬａＢ_６カソードを空間電荷制限領域で動作させると、ショット雑音が小さいという長所があるが、その反面、エネルギ幅が大きいため色収差が大きいという問題があった。数ｎｍ〜１ｎｍの高解像度を得るために、４極子レンズを複数段用いて対物レンズの軸上色収差を補正するようにした技術が、ＳＥＭ及び透過電子顕微鏡で実用化されている。 Conventionally, when the LaB ₆ cathode is operated in the space charge limited region, there is an advantage that the shot noise is small, but there is a problem that the chromatic aberration is large due to the large energy width. In order to obtain a high resolution of several nm to 1 nm, a technique for correcting axial chromatic aberration of an objective lens using a plurality of stages of quadrupole lenses has been put into practical use in an SEM and a transmission electron microscope.

上記した軸上色収差を補正するための技術は、ＳＥＭや透過電子顕微鏡に適用可能であるが、視野が比較的大きい、欠陥検査等のための試料評価装置やリソグラフィ装置に単純には適用できないという問題がある。
すなわち、４極子レンズを複数段用いると、軸上色収差を補正できるものの、視野が大きい場合に軸外収差が大きくなってしまう。したがって、視野が比較的大きい欠陥検査装置やリソグラフィ装置に複数段の４極子レンズを単に使用したとしても、軸外収差が生じて得られる画像がぼけてしまうという問題がある。また、リソグラフィ装置では、空間電荷効果のためにスループットが大幅に制限されるという問題もある。
本発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、視野が比較的大きい欠陥検査装置及びリソグラフィ装置において、軸上色収差の補正効果によって、従来例と対比して１０〜数１０ｎｍの解像度で１０倍以上のビーム電流を得ることが可能な電子線装置を提供することである。 The above-described technique for correcting axial chromatic aberration can be applied to an SEM or a transmission electron microscope, but has a relatively large field of view and cannot be simply applied to a sample evaluation apparatus or a lithography apparatus for defect inspection. There's a problem.
That is, if a plurality of quadrupole lenses are used, the longitudinal chromatic aberration can be corrected, but the off-axis aberration becomes large when the field of view is large. Therefore, even if a multi-stage quadrupole lens is simply used in a defect inspection apparatus or lithography apparatus having a relatively large field of view, there is a problem that an image obtained due to off-axis aberration is blurred. In addition, the lithographic apparatus has a problem that the throughput is greatly limited due to the space charge effect.
The present invention has been made in view of the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a defect inspection apparatus and a lithography apparatus having a relatively large field of view in comparison with the conventional example due to the correction effect of axial chromatic aberration. An electron beam apparatus capable of obtaining a beam current of 10 times or more with a resolution of several tens of nm is provided.

上記した目的を達成するために、本発明における写像投影型の電子線装置は、
電子銃と、
多極子レンズを有する軸上色収差補正手段と、
ＭＯＬ動作を行う対物レンズと
を備え、分割された視野内領域でＭＯＬ動作を行いながら、電子線を試料上に照射することを特徴としている。 In order to achieve the above object, a projection type electron beam apparatus according to the present invention includes:
An electron gun,
An axial chromatic aberration correcting means having a multipole lens;
An objective lens for performing the MOL operation, and irradiating the sample with an electron beam while performing the MOL operation in the divided in-field region.

上記した本発明に係る電子線装置において、一実施例では、電子線装置はリソグラフィ装置であり、該装置はさらに、試料上に形成すべきパターンを有するマスク又はレチクルを備えている。他の実施例では、電子線装置は試料上に形成されているパターンを評価するための試料評価装置である。
また、電子線装置が、対物レンズを有し、その内部に、対物レンズの軸上磁場分布の光軸方向に関する微分値に比例する偏向磁界を発生させる偏向器を備えていることが好ましい。 In the electron beam apparatus according to the present invention described above, in one embodiment, the electron beam apparatus is a lithography apparatus, and the apparatus further includes a mask or a reticle having a pattern to be formed on a sample. In another embodiment, the electron beam apparatus is a sample evaluation apparatus for evaluating a pattern formed on a sample.
Moreover, it is preferable that the electron beam apparatus has an objective lens, and includes a deflector that generates a deflection magnetic field proportional to the differential value of the axial magnetic field distribution of the objective lens with respect to the optical axis direction.

本発明の写像投影型の電子線装置は、上記したように構成されているので、色収差を補正することができ、色収差を補正すると同じ解像度でＮＡを大きくすることができるので、ビーム電流を大きくすることができ、高スループットで処理を行うことができる。特に、試料評価装置では、分解能を低下させずに検査速度を高速にすることが重要であるため、本発明は極めて実用的な作用効果を奏することができる。また、リソグラフィ装置に適用した場合には、色収差を補正すると同じ解像度でＮＡを大きくすることができるので、空間電荷効果を低減させることができ、よりスループットが向上する。   Since the projection type electron beam apparatus of the present invention is configured as described above, chromatic aberration can be corrected, and when correcting chromatic aberration, NA can be increased with the same resolution, so that the beam current is increased. And processing can be performed with high throughput. In particular, in the sample evaluation apparatus, since it is important to increase the inspection speed without reducing the resolution, the present invention can exhibit extremely practical operational effects. In addition, when applied to a lithography apparatus, if chromatic aberration is corrected, the NA can be increased with the same resolution, so that the space charge effect can be reduced and the throughput is further improved.

図１は、本発明に係る電子線装置の第１の実施形態である欠陥検査装置等の試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。図１に示すように、本発明の試料評価装置においては、電子銃１から放出された電子線を、コンデンサレンズ２で集束し、正方形等の矩形の開口３を介して矩形に成形し、得られた矩形電子線を、照射レンズ４、対物レンズ５を介して試料６の表面に照射する。このとき、対物レンズ５の内部に配置されたＥ×Ｂ分離器９により、矩形電子線を偏向して試料面に垂直に照射されるようにする。また、偏向器１９及び２０により、矩形電子線が視野内を移動するように、該矩形電子線を偏向する。   FIG. 1 is an explanatory view showing an electron optical system of a sample evaluation apparatus such as a defect inspection apparatus which is a first embodiment of an electron beam apparatus according to the present invention. As shown in FIG. 1, in the sample evaluation apparatus of the present invention, the electron beam emitted from the electron gun 1 is focused by a condenser lens 2 and formed into a rectangle through a rectangular opening 3 such as a square. The obtained rectangular electron beam is irradiated onto the surface of the sample 6 through the irradiation lens 4 and the objective lens 5. At this time, the E × B separator 9 disposed inside the objective lens 5 deflects the rectangular electron beam so that the sample surface is irradiated perpendicularly. Also, the deflectors 19 and 20 deflect the rectangular electron beam so that the rectangular electron beam moves within the field of view.

一方、この照射により試料６から放出された２次電子は、対物レンズ５で集束され、軸合わせ偏向器１１の近傍に拡大像を形成し、色収差補正器１２を介して色収差が補正された像を、拡大レンズ１３の手前に形成する。この実施形態では、色収差補正器１２は、４極子レンズを４段重ねて構成されている。そして、拡大レンズ１３により、拡大レンズ１４の手前に拡大像を形成し、拡大レンズ１４によりシンチレータ１６の面に拡大像を形成する。このとき、偏向器１９及び２０により矩形電子線が視野内を移動するのに同期して、偏向器１５により、シンチレータ１６の対応する検出面に拡大像が形成されるように偏向する。   On the other hand, secondary electrons emitted from the sample 6 by this irradiation are focused by the objective lens 5 to form an enlarged image in the vicinity of the axis aligning deflector 11 and an image in which chromatic aberration is corrected via the chromatic aberration corrector 12. Is formed in front of the magnifying lens 13. In this embodiment, the chromatic aberration corrector 12 is configured by stacking four stages of quadrupole lenses. The magnified lens 13 forms a magnified image in front of the magnifier lens 14, and the magnified lens 14 forms a magnified image on the surface of the scintillator 16. At this time, the deflectors 19 and 20 deflect the rectangular electron beam so that an enlarged image is formed on the corresponding detection surface of the scintillator 16 in synchronization with the movement of the rectangular electron beam within the field of view.

シンチレータ１６は、マトリックス状に配置された複数の検出面を有しており、各検出面が１つの副視野に対応する。一次電子線が正方形に成形される場合には、シンチレータ１６は、例えば４行４列に配置された１６個の検出面を備えている。シンチレータ１６の各検出面により検出された画像データは、５１２×５１２個の画素のＣＣＤ検出器（又はＭＯＳイメージセンサ）群１７に転送され、電気信号に変換される。   The scintillator 16 has a plurality of detection surfaces arranged in a matrix, and each detection surface corresponds to one subfield. When the primary electron beam is formed into a square, the scintillator 16 includes, for example, 16 detection surfaces arranged in 4 rows and 4 columns. The image data detected by each detection surface of the scintillator 16 is transferred to a CCD detector (or MOS image sensor) group 17 of 512 × 512 pixels and converted into an electric signal.

対物レンズ５の内部には、ＭＯＬ(Moving Objection Lens)偏向器７及び軸対称電極８が配置されている。電子線は、光軸から離れるほど収差が大きくなるが、これら偏向器及び軸対称電極により適切な電界又は磁界を与えることにより、対物レンズの軸の平行移動ができるので、広い視野を得ることが可能となる。ＭＯＬ偏向器７は、光軸以外の視野からの２次電子の収差を小さくするための磁場を生成する。ここで、試料６から放出される２次電子はエネルギ幅を有するため、対物レンズを通過した２次電子像の軸上色収差が大きい。この軸上色収差を色収差補正器１２により生じる軸上色収差で補正する。色収差補正器１２による負の色収差と、対物レンズ５により生じる正の色収差の絶対値が等しくなるように、軸対称電極８に印加する電圧を調整する。
本発明においては、このように軸上色収差を補正することにより、光軸近くの収差が小さくなる。また、軸外収差を補正するため、視野を複数の副視野に分割し、ＭＯＬ偏向器を用いたことにより、ＣＭＯＳイメージセンサが使用可能となり、高スループットの評価を行うことができる。
なお、対物レンズ５は、ボーア径Ｄが視野の直径の５０倍以上となるように構成され、また、軸上色収差を小さくするために磁気ギャップ１８が試料６側に設けられている。 Inside the objective lens 5, a MOL (Moving Objection Lens) deflector 7 and an axially symmetric electrode 8 are arranged. The electron beam has a larger aberration as it moves away from the optical axis. However, by applying an appropriate electric field or magnetic field by these deflectors and axisymmetric electrodes, the axis of the objective lens can be translated, so that a wide field of view can be obtained. It becomes possible. The MOL deflector 7 generates a magnetic field for reducing the aberration of secondary electrons from the field of view other than the optical axis. Here, since the secondary electrons emitted from the sample 6 have an energy width, the axial chromatic aberration of the secondary electron image that has passed through the objective lens is large. This axial chromatic aberration is corrected by the axial chromatic aberration generated by the chromatic aberration corrector 12. The voltage applied to the axially symmetric electrode 8 is adjusted so that the negative chromatic aberration by the chromatic aberration corrector 12 and the absolute value of the positive chromatic aberration generated by the objective lens 5 are equal.
In the present invention, by correcting the axial chromatic aberration in this way, the aberration near the optical axis is reduced. In addition, in order to correct off-axis aberration, the field of view is divided into a plurality of sub-fields, and a MOL deflector is used, so that a CMOS image sensor can be used and high-throughput evaluation can be performed.
The objective lens 5 is configured so that the Bohr diameter D is not less than 50 times the diameter of the field of view, and a magnetic gap 18 is provided on the sample 6 side in order to reduce axial chromatic aberration.

図２の（Ａ）及び（Ｂ）は、本発明に係る電子線装置の第２の実施形態である電子線描画装置の電子光学系を示す説明図である。該装置において、図２の（Ａ）に示すように、電子銃２１から放出された電子線は、２つのコンデンサレンズ２２及び２３により一様照射領域が調整され、正方形等の矩形開口２４に照射される。この矩形開口により成形された矩形電子線は、成形レンズ２５によりキャラクタマスク２６に結像される。キャラクタマスク２６には、描画したいダイに配置されるべき回路パターンの拡大透過マスクが複数設けられている。偏向器３６により矩形電子線を偏向することにより、キャラクタマスク２６上の回路パターンのマスクが選択され、かつ、偏向器３７により偏向することにより、矩形電子線が元の光軸に戻される。   FIGS. 2A and 2B are explanatory views showing an electron optical system of an electron beam drawing apparatus which is a second embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention. In the apparatus, as shown in FIG. 2A, the electron beam emitted from the electron gun 21 is irradiated to a rectangular opening 24 such as a square by adjusting the uniform irradiation area by two condenser lenses 22 and 23. Is done. The rectangular electron beam formed by the rectangular opening is imaged on the character mask 26 by the forming lens 25. The character mask 26 is provided with a plurality of enlarged transmission masks of circuit patterns to be arranged on a die to be drawn. By deflecting the rectangular electron beam by the deflector 36, the mask of the circuit pattern on the character mask 26 is selected, and by deflecting by the deflector 37, the rectangular electron beam is returned to the original optical axis.

そして、パターン化された矩形電子線は、成形レンズ２７及び縮小レンズ２８を介して縮小され、色収差補正器２９の手前に選択された回路パターンの縮小像を形成し、電磁レンズで構成された対物レンズ３０を介して試料３５上に縮小像を形成する。対物レンズ３０の内部には、視野内の描画したい位置に回路パターン像を移動し、かつ偏向収差を小さくするための偏向器３１〜３４が配置されている。なお、軸外収差は対物レンズ３０の内部に設けられた電磁偏向器３１〜３４の組み合わせで、小さくすることができる。   Then, the patterned rectangular electron beam is reduced through the shaping lens 27 and the reduction lens 28 to form a reduced image of the selected circuit pattern before the chromatic aberration corrector 29, and an objective composed of an electromagnetic lens. A reduced image is formed on the sample 35 through the lens 30. Inside the objective lens 30, there are arranged deflectors 31 to 34 for moving the circuit pattern image to a position to be drawn in the field of view and reducing the deflection aberration. The off-axis aberration can be reduced by a combination of electromagnetic deflectors 31 to 34 provided in the objective lens 30.

このように、図２に示した電子線描画装置によれば、軸上色収差は色収差補正器２９により補正することができ、軸外収差は対物レンズ３０及び電磁偏向器３１〜３４により補正することができる。したがって、ＮＡ開口４０の開口角を大きくすることができるため、空間電荷効果を小さくすることができる。したがって、大きいビーム電流で描画を行うことができるので、高スループットでＬＳＩパターン等を試料上に描画することができる。
なお、縮小レンズ２８により形成される縮小像を、色収差補正器２９の手前に形成し、該色収差補正器２９が形成する像を、対物レンズ３０による縮小率が約１となるような位置３９に形成することが好ましい。
また、図２の（Ａ）において、ＮＡ開口４０を円形穴ではなく、図２の（Ｂ）に示すように、ドーナツ型とすることもできる。なお、従来、ドーナツ型開口は開口角が大きくなるため軸上色収差が大きくなり、そのため、従来はドーナツ型開口を使用していなかった。本発明においては、軸上色収差を補正器で補正することにより、大きい開口角のドーナツ型ＮＡ開口を使用することができ、その結果、空間電荷効果を小さくし、大きいビーム電流を用いることができる。 As described above, according to the electron beam drawing apparatus shown in FIG. 2, the axial chromatic aberration can be corrected by the chromatic aberration corrector 29, and the off-axis aberration can be corrected by the objective lens 30 and the electromagnetic deflectors 31 to 34. Can do. Therefore, since the opening angle of the NA opening 40 can be increased, the space charge effect can be reduced. Therefore, since drawing can be performed with a large beam current, an LSI pattern or the like can be drawn on the sample with high throughput.
A reduced image formed by the reduction lens 28 is formed in front of the chromatic aberration corrector 29, and the image formed by the chromatic aberration corrector 29 is placed at a position 39 where the reduction ratio by the objective lens 30 is about 1. It is preferable to form.
Further, in FIG. 2A, the NA opening 40 may be a donut shape as shown in FIG. 2B instead of a circular hole. Conventionally, a donut-shaped opening has a large opening angle and therefore has a large axial chromatic aberration. For this reason, conventionally, a donut-shaped opening has not been used. In the present invention, by correcting axial chromatic aberration with a corrector, a doughnut-shaped NA aperture with a large aperture angle can be used, and as a result, the space charge effect can be reduced and a large beam current can be used. .

図３は、本発明の電子線装置の第３の実施形態である試料評価装置を示している。この装置においては、電子銃４１から放出された電子線をコンデンサレンズ４２で集束し、複数の開口が設けられたマルチ開口板４３の手前にクロスオーバを形成する。そして、クロスオーバから発散する電子線をマルチ開口に照射し、縮小率及び回転角を調整可能なレンズ４４及び４５により縮小像を位置６３に形成し、色収差補正器４８及び電磁レンズである対物レンズ５１を介して縮小像を試料５４上に形成する。このとき、静電偏向器４９及び５５により、電子線を試料５４上に走査させる。視野の光軸から離れた位置を走査する際の色収差を小さくするために、対物レンズ５１のボーア径Ｄを、視野の５０倍以上に設定することが好ましい。   FIG. 3 shows a sample evaluation apparatus which is a third embodiment of the electron beam apparatus of the present invention. In this apparatus, the electron beam emitted from the electron gun 41 is focused by the condenser lens 42, and a crossover is formed in front of the multi-aperture plate 43 provided with a plurality of openings. The multi-aperture is irradiated with an electron beam that diverges from the crossover, and a reduced image is formed at the position 63 by the lenses 44 and 45 that can adjust the reduction ratio and the rotation angle. A reduced image is formed on the sample 54 via 51. At this time, an electron beam is scanned on the sample 54 by the electrostatic deflectors 49 and 55. In order to reduce chromatic aberration when scanning a position away from the optical axis of the field of view, it is preferable to set the bore diameter D of the objective lens 51 to 50 times or more of the field of view.

この第３の実施形態においては、電子銃４１はＬａＢ_６を使用して構成することが好ましい。
また、より広い視野を走査するために、電磁偏向器５２及び５３を設けている。これら電磁偏向器５２及び５３はＭＯＬ条件を満足している。すなわち、対物レンズ５１の軸上磁場分布は、磁気ギャップの中心にピークを持つガウス分布に近似する関数で表される。したがって、そのｚ軸方向すなわち光軸方向の微分すなわち変化分ｄｚを見ると、磁気ギャップの中心で０となり、その上下で符号が逆の関数となる。その微分関数に比例するように、偏向器５２及び５３により生成される偏向磁場を調整すればよい。ただし、対物レンズ５１のコアの内側面にフェライトのパイプ５７を貼り付ける必要がある。 In the third embodiment, the electron gun 41 is preferably configured using LaB ₆ .
In addition, electromagnetic deflectors 52 and 53 are provided to scan a wider field of view. These electromagnetic deflectors 52 and 53 satisfy the MOL condition. That is, the axial magnetic field distribution of the objective lens 51 is represented by a function that approximates a Gaussian distribution having a peak at the center of the magnetic gap. Therefore, looking at the differential, that is, the change dz in the z-axis direction, that is, the optical axis direction, the value is 0 at the center of the magnetic gap, and the sign is a function opposite to the upper and lower sides. The deflection magnetic field generated by the deflectors 52 and 53 may be adjusted so as to be proportional to the differential function. However, it is necessary to affix a ferrite pipe 57 on the inner surface of the core of the objective lens 51.

試料５４から放出されたマルチビームの２次電子線は、正の電圧が印加された軸対称電極５６と、負の電圧が印加された試料５４の面とが生成する加速電界により加速され、対物レンズ５１を通過する。そして、対物レンズ５１を通過する直前で、該対物レンズの内部上端に配置されたビーム分離器５０により、走査方向と直交する方向（図の右側方向）に偏向され、拡大レンズ５８及び６０により拡大像をＦＯＰ（ファイバオプティカルプレート）板６２のシンチレータ塗布面に結像される。ＦＯＰ板６２は、単なる板ではなく、ＦＯＰを構成している光ファイバーが分離した状態でそれぞれがＰＭＴ６３に１対１で接続され、ＰＭＴ６３により、光信号に変換される。   The multi-beam secondary electron beam emitted from the sample 54 is accelerated by an accelerating electric field generated by the axially symmetric electrode 56 to which a positive voltage is applied and the surface of the sample 54 to which a negative voltage is applied. It passes through the lens 51. Then, immediately before passing through the objective lens 51, it is deflected in a direction (right side in the figure) perpendicular to the scanning direction by the beam separator 50 arranged at the upper end inside the objective lens, and magnified by the magnifying lenses 58 and 60. An image is formed on the scintillator application surface of an FOP (fiber optical plate) plate 62. The FOP plate 62 is not a simple plate but is connected to the PMT 63 in a one-to-one relationship with the optical fibers constituting the FOP separated, and is converted into an optical signal by the PMT 63.

このように、試料から放出されたマルチビームである２次電子線は、１対１でＰＭＴ６３に入力されるので、クロストークの問題を回避することができる。
また、試料上に周期的なライン＆スペースパターンが形成されている場合、各ＰＭＴ６３から得られる信号は、参照番号６６〜６８で示すように、高強度と低強度とが反復する周期波形となる。この周期波形は径６６〜６８を観測して、これらのコントラストとオフセット値がほぼ同一となるように、ＰＭＴ６３及びその増幅器を調整する。 Thus, the secondary electron beam, which is a multi-beam emitted from the sample, is input to the PMT 63 on a one-to-one basis, so that the problem of crosstalk can be avoided.
When a periodic line & space pattern is formed on the sample, the signal obtained from each PMT 63 has a periodic waveform in which high intensity and low intensity repeat as indicated by reference numerals 66 to 68. . This periodic waveform is observed for diameters 66 to 68, and the PMT 63 and its amplifier are adjusted so that the contrast and the offset value thereof are substantially the same.

図３に示した実施形態において、一次電子線のビーム分離器５０による偏向色収差については、色収差補正器４８が形成する像と静電偏向器４９との間の距離Ｄ１が、静電偏向器４９と電磁偏向器５０の間の距離Ｄ２と等しくなるように設定することにより、２つの偏向器によって生じる偏向収差が相互にキャンセルされるため、１次電子線に偏向色収差は発生しない。また、２次電子像を電磁偏向器５０の近傍に結像させるように設定することにより、２次電子像への偏向色収差も小さくすることができる。
光軸から遠く離れた位置を走査したときに生じる像面湾曲は、回転レンズ４４及び４５の内部の軸対称電極４６及び４７に印加する電圧を調整することにより、補正することができる。軸対称電極４６及び４７への印加電圧の変更により、電子線の回転もダイナミックに補正することができる。なお、回転レンズ４４及び４５は、軸上磁場の方向が互いに逆である既知のレンズである。
色収差補正器４８は、４段の４極子レンズを、２回対称収差、４回対称収差、コマ収差が発生しないように配置する。そして、ビーム収差を観察しながら、色収差がゼロとなるように電極５６に印加する電圧を調整する。 In the embodiment shown in FIG. 3, regarding the chromatic aberration of deflection by the beam separator 50 of the primary electron beam, the distance D1 between the image formed by the chromatic aberration corrector 48 and the electrostatic deflector 49 is the electrostatic deflector 49. And the electromagnetic deflector 50 are set to be equal to the distance D2, the deflection aberrations caused by the two deflectors are canceled each other, so that no deflection chromatic aberration occurs in the primary electron beam. Further, by setting so that the secondary electron image is formed in the vicinity of the electromagnetic deflector 50, the chromatic aberration of deflection to the secondary electron image can be reduced.
The field curvature that occurs when scanning a position far from the optical axis can be corrected by adjusting the voltages applied to the axially symmetrical electrodes 46 and 47 inside the rotating lenses 44 and 45. By changing the voltage applied to the axially symmetric electrodes 46 and 47, the rotation of the electron beam can also be dynamically corrected. The rotating lenses 44 and 45 are known lenses whose axial magnetic field directions are opposite to each other.
The chromatic aberration corrector 48 arranges four stages of quadrupole lenses so as not to generate a two-fold symmetric aberration, a four-fold symmetric aberration, and a coma aberration. Then, while observing the beam aberration, the voltage applied to the electrode 56 is adjusted so that the chromatic aberration becomes zero.

図４を参照して、図３に示したようなマルチビームを用いた試料評価装置において、試料面の画像を得る場合の方法について説明する。なお、図４は、試料面を模式的に示しており、ｘ−ｙ座標系のｙ軸方向はステージ連続移動方向であり、ｘ軸方向は電子ビームの走査方向である。また、この例においては、マルチビームを６行５列に形成したものとする。
マルチビームが６行５列の場合、マルチビームの行をｙ座標（従って、列をｘ座標）に関してｓｉｎ^−１（１／５）だけ傾けることによって、マルチビーム走査時のラスタピッチを等しくすることができる。なお、ラスタピッチを画素の整数倍に設定すればよいが、光軸から一定の距離内で、できるだけ多くのマルチビームを使用するためには、ラスタピッチと画素寸法とを等しく設定することが好適である。ｎ行ｍ列（行はｙ軸方向に近接、列はｘ軸方向に近接）の場合は、ｍ≦ｎであることが好適であり、ビーム間隔は、ｎ×画素寸法／ｃｏｓ［ｓｉｎ^−１（１／ｎ）］となる。ビームを直交するマトリックス状に配置すれば、最も多くのビームを単位面積内に配置することができるが、走査したときにラスタピッチが同一となるようにすれば、必ずしも直交配置する必要がない。 With reference to FIG. 4, a method for obtaining an image of the sample surface in the sample evaluation apparatus using the multi-beam as shown in FIG. 3 will be described. FIG. 4 schematically shows the sample surface, where the y-axis direction of the xy coordinate system is the stage continuous movement direction, and the x-axis direction is the scanning direction of the electron beam. In this example, it is assumed that multi-beams are formed in 6 rows and 5 columns.
If the multibeam has 6 rows and 5 columns, the raster pitch in multibeam scanning is made equal by tilting the multibeam rows by sin ⁻¹ (1/5) with respect to the y coordinate (and thus the column x coordinate). Can do. The raster pitch may be set to an integer multiple of the pixel. However, in order to use as many multi-beams as possible within a certain distance from the optical axis, it is preferable to set the raster pitch and the pixel size to be equal. It is. In the case of n rows and m columns (rows are close to the y-axis direction and columns are close to the x-axis direction), it is preferable that m ≦ n, and the beam interval is n × pixel size / cos [sin ^−1. (1 / n)]. If the beams are arranged in an orthogonal matrix, the largest number of beams can be arranged in a unit area. However, if the raster pitches are the same when scanning, it is not always necessary to arrange them orthogonally.

セル対セルの検査を行う際に図４に示すようなラスタ走査を行ったとき、同じビームの同じ走査で得られるセル内の同一位置１４７、１４８、１４９（又は、１５０、１５１、１５２）の信号同士を比較して欠陥検査等の評価を行う。
ダイ対ダイの検査を行う場合には、異なるダイ同士の同じｙ座標の位置の信号同士を比較して評価を行えばよい。異なるダイの同じｙ座標で同じ電子ビームからの信号同士を比較しても良い。
また、１走査分あるいは１セル分の２次元パターンを作成し、セル対セル検査では、走査方向すなわちｘ軸方向の２次元パターンで比較評価を行い、ダイ対ダイ検査では、ステージ移動方向すなわちｙ軸方向のダイのデータ同士を比較評価することが好適である。 When the raster scan as shown in FIG. 4 is performed when the cell-to-cell inspection is performed, the same positions 147, 148, and 149 (or 150, 151, and 152) in the cell obtained by the same scan of the same beam are used. The signals are compared with each other and evaluation such as defect inspection is performed.
When performing die-to-die inspection, evaluation may be performed by comparing signals at the same y-coordinate positions of different dies. Signals from the same electron beam at the same y coordinate of different dies may be compared.
Also, a two-dimensional pattern for one scan or one cell is created. In cell-to-cell inspection, comparative evaluation is performed using a two-dimensional pattern in the scanning direction, that is, in the x-axis direction. It is preferable to compare and evaluate the die data in the axial direction.

図５は、本発明に係る電子線装置の第４の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。この装置においては、電子銃１６１から放出された電子線はコンデンサレンズ６２により集束され、開口板１６３に形成された正方形等の矩形の開口により矩形電子線に成形され、成形レンズ１６４及びユニポテンシャルレンズである対物レンズ１６７を介して試料１６８に照射される。
この照射により試料１６８から放出された２次電子は、対物レンズ１６７で加速され、ビーム分離器１６６により一次電子線と分離される。そして、静電偏向器１６９で垂直方向に偏向され、色収差補正器７０の手前の位置７６に結像し、色収差補正器７０の像を、拡大レンズ７４の手前の位置７７に結像する。その後、拡大レンズ７２及び７４により２段階で拡大され、検出器７３の検出面に像を結ぶ。 FIG. 5 is an explanatory view showing an electron optical system of a sample evaluation apparatus which is a fourth embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention. In this apparatus, the electron beam emitted from the electron gun 161 is focused by the condenser lens 62 and formed into a rectangular electron beam by a rectangular opening such as a square formed in the aperture plate 163, and the molded lens 164 and the unipotential lens. The sample 168 is irradiated through the objective lens 167.
Secondary electrons emitted from the sample 168 by this irradiation are accelerated by the objective lens 167 and separated from the primary electron beam by the beam separator 166. Then, it is deflected in the vertical direction by the electrostatic deflector 169 and forms an image at a position 76 in front of the chromatic aberration corrector 70, and an image of the chromatic aberration corrector 70 is formed at a position 77 in front of the magnifying lens 74. Thereafter, the image is magnified in two stages by the magnifying lenses 72 and 74 and an image is formed on the detection surface of the detector 73.

ここで、ビーム分離器１６６は、純粋な電磁偏向器であり、２次電子線を偏向するための静電偏向器１６９の偏向量と同一の偏向量となるように設定し、かつ位置７６及び偏向器１６９の間の距離と静電偏向器１６９及びビーム分離器１６６の間の距離を等しく設定することにより、偏向色収差は発生しない。また、対物レンズ１６７を単レンズで構成しても、ＮＡ開口１７０の位置を最適化することで、軸外色収差を無視できる程度に小さくすることができる。さらに、ビーム分離器１６６を図１に示した実施形態と同様なＥ×Ｂ分離器とし、偏向器１６９を電磁偏向器とすることもできる。
視野内で矩形電子ビームを移動させたとき、電圧源７４から対物レンズ１６７の上側電極又は下側電極に印加する電圧を調整することにより、像面湾曲を補正することができる。上側電極は、アースに近い電圧であるから、この像面湾曲を補正するレンズを０Ｖを中心とする電圧で駆動すればよいので、高速駆動が可能となる。軸上色収差は、シミュレーションにより得られる値と実際に生じる値とが僅かではあるが相違する場合がある。この相違は、対物レンズ６７の中央電極７５に印加される電圧と、その上下のいずれかの電極に印加される電圧とを調整することにより、ゼロにすることができ、これにより、色収差の補正をより確実にすることができる。 Here, the beam separator 166 is a pure electromagnetic deflector, and is set to have the same deflection amount as that of the electrostatic deflector 169 for deflecting the secondary electron beam. By setting the distance between the deflector 169 and the distance between the electrostatic deflector 169 and the beam separator 166 to be equal, no deflection chromatic aberration occurs. Even if the objective lens 167 is formed of a single lens, the off-axis chromatic aberration can be made small enough to be ignored by optimizing the position of the NA aperture 170. Further, the beam separator 166 may be an E × B separator similar to the embodiment shown in FIG. 1, and the deflector 169 may be an electromagnetic deflector.
When the rectangular electron beam is moved within the field of view, the curvature of field can be corrected by adjusting the voltage applied from the voltage source 74 to the upper electrode or the lower electrode of the objective lens 167. Since the upper electrode has a voltage close to ground, the lens that corrects this curvature of field only needs to be driven with a voltage centered on 0 V, so that high-speed driving is possible. The axial chromatic aberration may be slightly different from the value obtained by the simulation and the value actually generated. This difference can be reduced to zero by adjusting the voltage applied to the central electrode 75 of the objective lens 67 and the voltage applied to any one of the upper and lower electrodes, thereby correcting chromatic aberration. Can be made more reliable.

図６は、本発明に係る電子線装置の第５の実施形態の転写装置の電子光学系を示す説明図である。電子銃は、加熱装置８１、リング状カソード８２、ウエーネルト８３、アノード８４で構成されている。電子銃により形成されるクロスオーバは、２段のコンデンサレンズ８５及び８６で拡大され、レチクル８７上の１つの副視野を照射する。レチクル８７で成形された電子線は、軸対称の磁気タブレットレンズ８８及び９０（９０は対物レンズ）により、像面９１の面上に１／４の縮小像（レチクルの１／４）を生成する。カソード像を対物レンズ９０のバックフォーカル面９２に結像させることによって、ホロービームとすることができ、球面収差を小さくすることができる。   FIG. 6 is an explanatory view showing an electron optical system of a transfer apparatus according to a fifth embodiment of the electron beam apparatus according to the present invention. The electron gun includes a heating device 81, a ring-shaped cathode 82, Wehnelt 83, and an anode 84. The crossover formed by the electron gun is magnified by the two-stage condenser lenses 85 and 86 and irradiates one sub-field on the reticle 87. The electron beam formed by the reticle 87 generates a 1/4 reduced image (1/4 of the reticle) on the surface of the image plane 91 by the axially symmetric magnetic tablet lenses 88 and 90 (90 is an objective lens). . By forming the cathode image on the back focal plane 92 of the objective lens 90, a hollow beam can be obtained and the spherical aberration can be reduced.

レンズ８８及び９０の内部に配置された偏向器９４及び９３は、軸外収差を補正するための偏向器である。これら偏向器により、軸外収差を極めて小さくすることができ、また、球面収差はホロービームにより小さくすることができるため、軸上色収差が主な収差となる。本実施形態においては、この軸上色収差を、軸上色収差補正器８９を設けることによって補正している。これにより、開口角を大きくしても像がぼけずに転写を行うことができ、スループットも向上する。開口角を１０〜１１ｍｒａｄとしたホロービームとすることが好適である。これは、開口角がα１〜α２（ｍｒａｄ）のホロービームである場合、α１≧１０ｍｒａｄでかつα２−α１≦１ｍｒａｄに設定すると、空間電荷効果が小さくなり、大きい電流密度で転写ができるからである。軸上色収差補正器８９は、図６に示すように、像面９１の下方に配置され、像面９１の像をこの収差補正レンズ８９により試料面９５に結像するようにすればよい。
補正レンズ８９は、図６の（Ｂ）に示したように、１２分割された電極と磁極を持つウィーンフィルタであり、軌道８９−１に示したように２回結像することにより、余分な収差を発生せずに負の収差を発生させる。参照番号８９−２は、絶縁用のスペーサである。 The deflectors 94 and 93 disposed inside the lenses 88 and 90 are deflectors for correcting off-axis aberrations. With these deflectors, off-axis aberrations can be made extremely small, and spherical aberration can be made small by a hollow beam, so that axial chromatic aberration becomes the main aberration. In the present embodiment, this axial chromatic aberration is corrected by providing an axial chromatic aberration corrector 89. Thereby, even if the aperture angle is increased, the image can be transferred without blurring, and the throughput is improved. A hollow beam with an opening angle of 10 to 11 mrad is preferable. This is because, when the aperture angle is a hollow beam of α1 to α2 (mrad), when α1 ≧ 10 mrad and α2−α1 ≦ 1 mrad are set, the space charge effect is reduced and transfer can be performed with a large current density. As shown in FIG. 6, the axial chromatic aberration corrector 89 is disposed below the image surface 91, and the image of the image surface 91 may be formed on the sample surface 95 by the aberration correction lens 89.
The correction lens 89 is a Wien filter having 12 divided electrodes and magnetic poles as shown in FIG. 6B, and an extra image is formed by forming an image twice as shown in the trajectory 89-1. Negative aberration is generated without generating aberration. Reference numeral 89-2 is an insulating spacer.

図７は、図１〜３、図５及び図６に示したような光学系を複数有する装置、すなわち複数の光軸を有する電子線装置に組み込むことができる色収差補正器の１段の収差補正レンズ系の構造を示しており、図７の（Ａ）及び（Ｂ）はそれぞれ、平面図及び断面図である。この例においては、２列ｍ行に光軸が並べられている場合であり、１枚のセラミック基板に１段の４極子レンズが形成される。この１段の４極子レンズを製造する場合、まず、セラミック基板の対向する２つの長縁にリブ１１４を形成し、光軸１０９〜１１２それぞれの周囲に放射状に４本の溝を形成し、それぞれの電極１０１〜１０４を形成する。次いで、全体にＮｉＰの無電界メッキを施し、さらにＡｕメッキを施してコーティングを形成する。そして、図７の（Ａ）に斜線で示した部分のコーティングを除去し、（Ｂ）に示したように、リード線をリブ１１４の側面部に（図面に垂直な方向）に接続する。また、穴１１３を、対向する２つの短縁に形成する。このようにして４極子レンズを４枚形成し、これら４枚を穴１１３が一致するように重畳し結合することにより、対応する光軸が一致するように組み立てる。このようにして製造された色収差補正器は、図１〜３及び５に示したような鏡筒とマルチ鏡筒とした電子線装置の色収差補正器として採用することができる。
電極１０１〜１０４の光軸１０９〜１１２に対向している面は、双曲面の一部を形成している。 FIG. 7 shows a one-stage aberration correction of a chromatic aberration corrector that can be incorporated in an apparatus having a plurality of optical systems as shown in FIGS. 1 to 3, 5 and 6, that is, an electron beam apparatus having a plurality of optical axes. The structure of the lens system is shown, and FIGS. 7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view, respectively. In this example, the optical axes are arranged in 2 columns and m rows, and a single quadrupole lens is formed on one ceramic substrate. When manufacturing this one-stage quadrupole lens, first, ribs 114 are formed on the two opposing long edges of the ceramic substrate, and four grooves are radially formed around the optical axes 109 to 112, respectively. The electrodes 101 to 104 are formed. Next, NiP electroless plating is applied to the whole, and Au plating is further applied to form a coating. 7A is removed, and the lead wire is connected to the side surface of the rib 114 (in a direction perpendicular to the drawing) as shown in FIG. 7B. Moreover, the hole 113 is formed in two opposing short edges. In this way, four quadrupole lenses are formed, and these four lenses are assembled so that the holes 113 coincide with each other so that the corresponding optical axes coincide with each other. The chromatic aberration corrector manufactured as described above can be employed as a chromatic aberration corrector of an electron beam apparatus having a lens barrel and a multi-lens barrel as shown in FIGS.
The surfaces of the electrodes 101 to 104 facing the optical axes 109 to 112 form a part of a hyperboloid.

図８は、本発明に係る電子線装置における第６の実施形態の試料評価装置の電子光学系を示している。この装置においては、偏向色収差を無くすことができるようにしている。電子銃１２１からの電子線は、一次光学系１２２に含まれるコンデンサレンズ１２３で位置１３０に結像され、該像を対物レンズ１２７で試料１２８上に結像する。このとき、電子線を静電偏向器１２５で偏向しかつ電磁偏向器１２６で試料１２８の面に垂直となるよう偏向するが、結像位置１３０と静電偏向器１２５の距離Ｄ３と、静電偏向器１２５と電磁偏向器１２６の距離Ｄ４を等しく設定している。これら距離を等しく設定することにより、２つの偏向器によって発生する偏向収差を相互にキャンセルすることができ、全体として偏向収差をゼロとすることができる。電磁偏向器１２６は、２次電子線を２次光学系１２９に向けるビーム分離器としても機能するが、ビーム分離器を電磁偏向器単独で構成することができるので、構造が単純になる。
なお、図８に示した第６の実施形態においても、第１〜第５の実施形態と同様に、軸上色収差補正器を備えても良い。 FIG. 8 shows an electron optical system of the sample evaluation apparatus of the sixth embodiment in the electron beam apparatus according to the present invention. In this apparatus, the deflection chromatic aberration can be eliminated. An electron beam from the electron gun 121 is imaged at a position 130 by a condenser lens 123 included in the primary optical system 122, and the image is formed on a sample 128 by an objective lens 127. At this time, the electron beam is deflected by the electrostatic deflector 125 and deflected by the electromagnetic deflector 126 so as to be perpendicular to the surface of the sample 128. The distance D3 between the imaging position 130 and the electrostatic deflector 125, and the electrostatic The distance D4 between the deflector 125 and the electromagnetic deflector 126 is set equal. By setting these distances equal to each other, the deflection aberrations generated by the two deflectors can be canceled each other, and the deflection aberration can be made zero as a whole. The electromagnetic deflector 126 also functions as a beam separator that directs the secondary electron beam to the secondary optical system 129, but the structure can be simplified because the beam separator can be configured by the electromagnetic deflector alone.
In the sixth embodiment shown in FIG. 8, an axial chromatic aberration corrector may be provided as in the first to fifth embodiments.

図９は、本発明に係る電子線装置における第７の実施形態の試料評価装置の電子光学系を示している。この装置においては、３つの偏向器を用いて偏向色収差をゼロとするようにしている。図９において、電子銃１２１からの電子線は、一次光学系１２２に含まれるコンデンサレンズ１２３で位置１３５に結像され、該像を対物レンズ１２７で試料１２８上に結像する。このとき、電子線を第１〜第３の偏向器１３１〜１３３で偏向することにより、試料１２８の面に垂直となるよう偏向する。第１の偏向器１３１は、静電偏向器であっても電磁偏向器であってもよいが、静電偏向器であるとして説明する。第２の偏向器１３２は電磁偏向器であり、第３の偏向器１３３も電磁偏向器である。   FIG. 9 shows an electron optical system of the sample evaluation apparatus of the seventh embodiment in the electron beam apparatus according to the present invention. In this apparatus, the deflection chromatic aberration is made zero by using three deflectors. In FIG. 9, the electron beam from the electron gun 121 is imaged at a position 135 by a condenser lens 123 included in the primary optical system 122, and the image is formed on a sample 128 by an objective lens 127. At this time, the electron beam is deflected by the first to third deflectors 131 to 133 so as to be perpendicular to the surface of the sample 128. The first deflector 131 may be an electrostatic deflector or an electromagnetic deflector, but will be described as an electrostatic deflector. The second deflector 132 is an electromagnetic deflector, and the third deflector 133 is also an electromagnetic deflector.

図９に示すように、第１〜第３の偏向器１３１〜１３３による偏向量をそれぞれβ、γ、αとし、位置１３５と第１の偏向器１３１との距離をＤ５とし、位置１３５と第２の偏向器１３２との距離をＤ６とし、第２の偏向器１３２と第３の偏向器１３３との距離をＤ７とする。
電子銃１２１から垂直に放出された電子線を、試料１２８の面に垂直に入射させるためには、
α＝γ−β （１）
を満足する必要がある。
一方、３つの偏向器により生じる偏向色収差がゼロとなるためには、
−２β・Ｄ５＋γ・Ｄ６−α・Ｄ７＝０ （２）
を満足する必要がある。
上記式（１）及び（２）から、α：β：γの比を計算することができる。例えば、Ｄ５＝０の場合には、γ・Ｄ６＝α・Ｄ７であり、
α／γ＝Ｄ６／Ｄ７ （３）
が得られる。式（３）を式（１）に代入すると、
β／γ＝１−Ｄ６／Ｄ７ （４）
が得られる。 As shown in FIG. 9, the deflection amounts by the first to third deflectors 131 to 133 are β, γ, α, respectively, the distance between the position 135 and the first deflector 131 is D5, and the positions 135 and The distance between the second deflector 132 is D6, and the distance between the second deflector 132 and the third deflector 133 is D7.
In order to cause the electron beam emitted vertically from the electron gun 121 to enter the surface of the sample 128 perpendicularly,
α = γ-β (1)
Need to be satisfied.
On the other hand, in order for the deflection chromatic aberration caused by the three deflectors to be zero,
-2β · D5 + γ · D6-α · D7 = 0 (2)
Need to be satisfied.
From the above equations (1) and (2), the ratio of α: β: γ can be calculated. For example, when D5 = 0, γ · D6 = α · D7,
α / γ = D6 / D7 (3)
Is obtained. Substituting equation (3) into equation (1),
β / γ = 1−D6 / D7 (4)
Is obtained.

このように、結像位置１３５、及び第１〜第３の偏向器１３１〜１３３の位置及び偏向角を調整することにより、式（１）及び式（２）を満足させることができるため、試料１２８に一次電子線を垂直に入射できるとともに、偏向色収差をゼロにすることができる。
ビーム分離器により、１次電子線を小さく偏向し、２次電子ビームを大きく偏向すれば、１次電子ビームに偏向色収差以外の収差が生じないので、有利である。そのような実施形態を図９の（Ｂ）に示している。ビーム分離器１３３をＥ×Ｂ分離器とし、上記した式（１）〜（４）と同様な方程式を解けば、αが小さくβが大きい条件が得られ、１次電子ビームを大きく偏向することなく２次電子ビームを大きく偏向し、しかも偏向色収差を０にすることができる。
なお、図９に示した第７の実施形態においても、第１〜第５の実施形態と同様に、軸上色収差補正器を備えても良い。 Thus, by adjusting the positions and deflection angles of the imaging position 135 and the first to third deflectors 131 to 133, the expressions (1) and (2) can be satisfied. The primary electron beam can be vertically incident on 128, and the deflection chromatic aberration can be made zero.
If the primary electron beam is deflected small and the secondary electron beam is largely deflected by the beam separator, it is advantageous because no aberration other than deflection chromatic aberration occurs in the primary electron beam. Such an embodiment is shown in FIG. If the beam separator 133 is an E × B separator and the equations similar to the above equations (1) to (4) are solved, the condition that α is small and β is large is obtained, and the primary electron beam is deflected greatly. The secondary electron beam can be largely deflected and the deflection chromatic aberration can be reduced to zero.
In the seventh embodiment shown in FIG. 9, an axial chromatic aberration corrector may be provided as in the first to fifth embodiments.

ところで、電子線を用いた試料検査装置においては、分解能が必ずしも重要ではなく（走査顕微鏡の１／５０〜１／２０程度でよい）、ビーム電流を増大させて検査速度を向上させることが重要となる。本発明のように多段の多極子レンズを用いることにより、ビーム電流を約１０倍にすることができ、よって検査速度を約１０倍向上させることができる。以下で詳細に説明する。
第１〜第７の実施形態のような写像方式の電子線装置においては、ビーム電流を制限しているのはクーロン効果である。クーロン効果によるボケをδｃとすると、
δｃ＝Ｉ・Ｌ／（α・Ｖ^３／２） （５）
ただし、Ｉ：ビーム電流
Ｌ：鏡筒長
α：開口角
Ｖ：電子ビームエネルギ
で表される。
一方、写像方式の電子線装置においては、収差の内、軸上色収差が支配的（他の収差に比べて１桁以上大きい）であり、それ以外の収差はレンズ構成の工夫によって十分小さく抑えることができる。したがって、軸上色収差をゼロとすることにより収差を約１／１０に低減することができ、それに反比例して開口角αを約１０倍大きくすることができる。よって、式（５）から、ビーム電流を約１０倍にしてもボケが増大することがなく、ボケを増大させずに検査速度を向上させることができる。
すなわち、ビーム電流Ｉにより１つの画素を走査する時間をｔ、電子の電荷をｑ、画素あたりの２次電子検出量をＮ個、２次電子放出率をηとすると、以下の式が成立する。
Ｎ＝Ｉ・η・ｔ／ｑ
ショット雑音より十分に大きい信号を得るためには、Ｎを一定値以上に大きくする必要があるが、ビーム電流Ｉが大きくなれば時間ｔが小さくなっても一定のＮ値を得ることができる。したがって、走査時間を短くすることができるので、検査速度を向上させることができる。 By the way, in a sample inspection apparatus using an electron beam, the resolution is not necessarily important (it may be about 1/50 to 1/20 of that of a scanning microscope), and it is important to increase the beam current to improve the inspection speed. Become. By using a multistage multipole lens as in the present invention, the beam current can be increased by about 10 times, and thus the inspection speed can be improved by about 10 times. This will be described in detail below.
In the mapping type electron beam apparatus as in the first to seventh embodiments, it is the Coulomb effect that limits the beam current. If the blur due to the Coulomb effect is δc,
δc = I · L / (α · V ^3/2 ) (5)
Where I: beam current
L: Length of lens barrel
α: Opening angle
V: Expressed by electron beam energy.
On the other hand, in the mapping type electron beam apparatus, the axial chromatic aberration is dominant among the aberrations (larger than the other aberrations by one digit or more), and other aberrations are suppressed sufficiently by devising the lens configuration. Can do. Therefore, by setting the axial chromatic aberration to zero, the aberration can be reduced to about 1/10, and the aperture angle α can be increased by about 10 times in inverse proportion thereto. Therefore, from the equation (5), even if the beam current is increased by about 10 times, the blur does not increase, and the inspection speed can be improved without increasing the blur.
That is, when the time for scanning one pixel by the beam current I is t, the charge of electrons is q, the number of detected secondary electrons per pixel is N, and the secondary electron emission rate is η, the following equation is established. .
N = I · η · t / q
In order to obtain a signal sufficiently larger than the shot noise, it is necessary to increase N to a certain value or more. However, if the beam current I increases, a constant N value can be obtained even if the time t decreases. Therefore, since the scanning time can be shortened, the inspection speed can be improved.

また、図３に示した、１つの電子銃から放出される電子線をマルチ開口板によりマルチビームにしている第３の実施形態においては、電子銃としてＬａＢ_６を使用した熱電子放出方式を採用することが好ましいが、このタイプの電子銃は、ショットキータイプの電子銃に対比して、色収差が約５倍大きい。これは、電子銃における色収差は、電子銃からの電子のエネルギ幅に依存し、エネルギ幅がショットキータイプの電子銃では０．６ｅＶであるのに対し、ＬａＢ_６熱電子放出タイプでは３ｅＶであって前者の５倍となっているからである。
したがって、第３の実施形態においては、色収差をゼロとすることができるようにしたことにより、色収差補正機能を備えていない装置に比べて、検査速度を５倍向上させることができる。
さらに、シングルビーム又はマルチビームの写像投影型の鏡筒を複数並べた電子線装置においても、本発明の技術思想を適用すれば、検査速度を大幅に向上させることができることは言うまでもない。 Further, in the third embodiment shown in FIG. 3 in which the electron beam emitted from one electron gun is made into a multi-beam by a multi-aperture plate, a thermionic emission method using LaB ₆ as the electron gun is adopted. However, this type of electron gun has a chromatic aberration approximately five times greater than that of a Schottky type electron gun. This is because the chromatic aberration in the electron gun depends on the energy width of electrons from the electron gun, and the energy width is 0.6 eV in the Schottky type electron gun, whereas it is 3 eV in the LaB ₆ thermal electron emission type. This is because it is five times the former.
Therefore, in the third embodiment, since the chromatic aberration can be reduced to zero, the inspection speed can be improved by a factor of 5 compared to an apparatus that does not have a chromatic aberration correction function.
Furthermore, it goes without saying that even in an electron beam apparatus in which a plurality of single-beam or multi-beam image projection type lens barrels are arranged, the inspection speed can be greatly improved by applying the technical idea of the present invention.

以上説明したように、本発明の技術思想を試料評価装置及びリソグラフィ装置に適用した場合には、色収差を補正することができるのでビーム径を大きくすることができ、よって高スループットで処理を行うことができる。また、試料評価装置に適用した場合には、空間電荷効果を低減させることができるので、よりスループットが向上する。   As described above, when the technical idea of the present invention is applied to a sample evaluation apparatus and a lithography apparatus, the chromatic aberration can be corrected, so that the beam diameter can be increased, and thus processing can be performed with high throughput. Can do. Further, when applied to a sample evaluation apparatus, the space charge effect can be reduced, and thus the throughput is further improved.

本発明に係る電子線装置の第１の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electron optical system of the sample evaluation apparatus which is 1st Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る電子線装置の第２の実施形態である電子線描画装置の電子光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electron optical system of the electron beam drawing apparatus which is 2nd Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る電子線装置の第３の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electron optical system of the sample evaluation apparatus which is 3rd Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. 図３に示した試料評価装置における電子ビームの走査方法を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the scanning method of the electron beam in the sample evaluation apparatus shown in FIG. 本発明に係る電子線装置の第４の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electron optical system of the sample evaluation apparatus which is 4th Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る電子線装置の第５の実施形態である転写装置の電子光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electron optical system of the transfer apparatus which is 5th Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. （Ａ）及び（Ｂ）は、マルチ光軸の試料評価装置に採用可能な、複数の光軸を有する色収差補正器の構成を示す平面図及び断面図である。(A) And (B) is the top view and sectional drawing which show the structure of the chromatic aberration corrector which has a some optical axis employable with the sample evaluation apparatus of a multi-optical axis. 本発明に係る電子線装置の第６の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electron optical system of the sample evaluation apparatus which is 6th Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る電子線装置の第７の実施形態である試料評価装置の電子光学系を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the electron optical system of the sample evaluation apparatus which is 7th Embodiment of the electron beam apparatus which concerns on this invention.

Claims (4)

写像投影型の電子線装置において、
電子銃と、
多極子レンズを有する軸上色収差補正手段と、
ＭＯＬ動作を行う対物レンズと
を備え、分割された視野内領域でＭＯＬ動作を行いながら、電子線を試料上に照射することを特徴とする電子線装置。 In a projection type electron beam device,
An electron gun,
An axial chromatic aberration correcting means having a multipole lens;
An electron beam apparatus comprising: an objective lens that performs a MOL operation, and irradiating a sample with an electron beam while performing the MOL operation in a divided in-field region. 請求項１記載の電子線装置において、電子線装置はリソグラフィ装置であり、該装置はさらに、試料上に形成すべきパターンを有するマスク又はレチクルを備えていることを特徴とする電子線装置。 2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the electron beam apparatus is a lithographic apparatus, and the apparatus further includes a mask or a reticle having a pattern to be formed on a sample. 請求項１記載の電子線装置において、電子線装置は試料上に形成されているパターンを評価するための試料評価装置であることを特徴とする電子線装置。 2. The electron beam apparatus according to claim 1, wherein the electron beam apparatus is a sample evaluation apparatus for evaluating a pattern formed on the sample. 請求項１記載の電子線装置において、該装置はさらに、対物レンズを有し、その内部に、対物レンズの軸上磁場分布の光軸方向に関する微分値に比例する偏向磁界を発生させる偏向器を備えていることを特徴とする電子線装置。 2. The electron beam apparatus according to claim 1, further comprising an objective lens, and a deflector for generating a deflection magnetic field in proportion to a differential value of the axial magnetic field distribution of the objective lens with respect to the optical axis direction. An electron beam apparatus comprising:

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