JP2006278027A - 電子線装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】試料9上に長方形の視野で1次電子ビームが照射されることにより試料から放出された2次電子は、2次電子光学系により、写像投影光学系で拡大しかつ面検出器又は線検出器に導かれる。2次電子光学系は、試料から放出された2次電子による像を形成する結像手段を構成するレンズ8及び12と、その後段に設けられ、拡大像の球面収差を補正するウィーンフィルタ13と、ウィーンフィルタを経た電子ビームを拡大レンズ14及び15とを備えている。レンズ18は、焦点距離を調整可能で軸上色収差の大きさを可変とし、これにより、該軸上色収差の大きさをウィーンフィルタの軸上色収差の大きさと一致させることができる。これにより、球面収差及び軸上色収差の両方を低減させることができる。
【選択図】図1
Description
また、ウィーンフィルタや4極子レンズを用いて軸上色収差を補正できるようにしたSEM及び透過型電子顕微鏡(TEM)も実用化されている。
これに対して、写像投影型の電子光学系を用いた電子線装置においては、軸上色収差補正係数が数10mm〜数mと比較的大きいため、軸上色収差補正レンズの長さを巨大にする必要がある。また、軸上色収差補正用に多極子レンズを用いた場合、多極子レンズのボーア径を極端に小さくする必要もあり、電極間距離が短くなるため放電を回避することが不可能なサイズになるという問題もある。
さらに、従来の軸上色収差を補正する目的は、1nm〜0.1nmの超高分解能を得ることが目的であった。これに対して、半導体ウエハを評価する場合、分解能は20nm〜100nm程度で十分であるが、ビーム電流を大きくすることが求められている。ビーム電流を大きくするには、開口角(NA)を大きくする必要がある。NAが小さい場合、軸上色収差が大部分であるが、NAを大きくすると、軸上色収差がそれに比例して増加し、かつ、球面収差がNAの3乗に比例して大きくなる。そのため、ビーム電流を大きくするためにNAを大きくする場合、球面収差が軸上色収差に対比して大きくなり、球面収差を補正することが必須となる。
試料上に長方形の視野で1次電子ビームを照射する1次電子光学系と、
試料から放出された2次電子を写像投影光学系で拡大しかつ面検出器又は線検出器に導く2次電子光学系であって、
試料から放出された2次電子による像を形成する結像手段と、
結像手段の後段に設けられ、拡大像の球面収差を補正するウィーンフィルタと、
ウィーンフィルタと検出器との間に設けられ、ウィーンフィルタを経た電子ビームを拡大する拡大手段と
からなる2次電子光学系と
からなることを特徴としている。
また、本発明に係る電子線装置において、ウィーンフィルタは、複数のパーマロイ板、絶縁スペーサ、励磁コイル、及び円筒形コアからなることが好ましい。
さらに、本発明に係る電子線装置において、1次電子光学系は、長方形の視野を分割した副視野毎に、試料上に1次電子ビームを照射するよう構成され、かつ検出器は、副視野毎に2次電子検出を行うよう構成されていることが好ましい。
1次電子ビームが2次電子ビームに影響を与えないようにするために、1次電子ビームがビーム分離器7を通過後も、1次電子ビームの経路が2次電子ビームの経路と異なるように設計されている。
光軸から離れた副視野から放出された2次電子ビームは、静電偏向器28及び29により、光軸と一致するように偏向される。
・電極を構成するパーマロイ板18〜20とヨークを構成するパーマロイ円筒17を準備し、絶縁スペーサ22にネジ23で固定する。
・これらパーマロイを熱処理してアニールする。
・補正用の磁場を発生させるためのコイル21をパーマロイ板18〜20に巻回する。
・パーマロイ板18〜20及びパーマロイ円筒17の先端をワイヤカットで高精度に加工する。
・絶縁スペーサ22のうちの、ビーム照射可能な面、及び、その他の絶縁を保持するのに必要な面を除き、金コーティングを行う。
このような構成のウィーンフィルタ13を用いることにより、対物レンズの軸上色収差係数を大幅に小さくすることができる。また、ウィーンフィルタ13の長さを短くすることができるので、電子線装置の光路長を比較的短くすることができる。また、ウィーンフィルタ13の内径を大きくすることができるので、電極間距離を比較的大きくすることができ、よって不要な電極間放電を防止することができる。
対物レンズの軸上色収差をウィーンフィルタで補正する場合、ウィーンフィルタにより生成される負の軸上色収差係数Cax(wf)と、対物レンズが作る像点での軸上色収差係数Cax(image)とは、絶対値が等しく符号を逆にする必要がある。対物レンズの物点(試料上の点)での軸上色収差係数Cax(object)は、光学系のZ軸(光軸)方向の寸法が決まれば、ほぼ決定することができる。そして、軸上色収差係数Cax(image)は、以下のように表すことができる。
Cax(image)
=M2(φ(wf)/φ(SE))3/2Cax(object)
ただし、Mは物点から像点への拡大率、φ(wf)はウィーンフィルタを通過時の電子ビームのエネルギ、φ(SE)は2次電子の初期エネルギ(試料面でのエネルギ)である。
上記式から明らかなように、拡大率Mを小さくするとCax(image)を小さくすることができ、したがって、ウィーンフィルタによる軸上色収差係数を小さくすることができる。
190mradでは、SE(2次電子)の透過率は3.57%しか得られないのに対して、590mradでは、30.9%の透過率が得られ、10倍近くの透過率が得られる。したがって、写像投影型の電子光学系を用いた電子線装置において、軸上色収差のみではなく、球面収差も補正することにより、性能が大幅に向上することが分かる。
なお、図3において、グラフ33は5次の球面収差、グラフ34はコマ収差、35は3次の軸上色収差、36は4次の軸上色収差、37は倍率色収差、39は軸上色収差のみを補正した場合に100nm以下のボケが得られるNA開口値、41は軸上色収差と球面収差とを補正した場合の100nm以下のボケが得られるNA開口値である。
Claims (5)
- 1次電子ビームを試料上に照射し、該照射により試料から放出される電子を検出することにより、試料上の情報を得るようにした電子線装置において、
試料上に長方形の視野で1次電子ビームを照射する1次電子光学系と、
試料から放出された2次電子を写像投影光学系で拡大しかつ面検出器又は線検出器に導く2次電子光学系であって、
試料から放出された2次電子による像を形成する結像手段と、
結像手段の後段に設けられ、拡大像の球面収差を補正するウィーンフィルタと、
ウィーンフィルタと検出器との間に設けられ、ウィーンフィルタを経た電子ビームを拡大する拡大手段と
からなる2次電子光学系と
からなることを特徴とする電子線装置。 - 請求項1記載の電子線装置において、結像手段は、2段のレンズからなり、該2段のレンズの内部に電磁偏向器を有するビーム分離器があることを特徴とする電子線装置。
- 請求項1記載の電子線装置において、結像手段は、2段のレンズからなり、該2段のレンズの内の後段のレンズは、焦点距離を調整可能に構成されて、該結像手段の軸上色収差の大きさを可変とし、これにより、該軸上色収差の大きさをウィーンフィルタの軸上色収差の大きさと一致させることを特徴とする電子線装置。
- 請求項1〜3いずれかに記載の電子線装置において、ウィーンフィルタは、複数のパーマロイ板、絶縁スペーサ、励磁コイル、及び円筒形コアからなることを特徴とする電子線装置。
- 請求項1〜4いずれかに記載の電子線装置において、1次電子光学系は、長方形の視野を分割した副視野毎に、試料上に1次電子ビームを照射するよう構成され、かつ検出器は、副視野毎に2次電子検出を行うよう構成されていることを特徴とする電子線装置。
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