JP4011608B2 - Charged particle beam optical apparatus and charged particle beam control method - Google Patents

Charged particle beam optical apparatus and charged particle beam control method Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子ビーム光学装置、及び荷電粒子ビーム制御方法に関する。   The present invention relates to a charged particle beam optical apparatus and a charged particle beam control method.

半導体素子は、半導体基板表面に微細なパターンを形成したものであるが、近年ＣＭＰ等のプレーナ技術を用いることにより、さらに、そのパターンは微細化されてきている。このような半導体素子の表面状態の観察及び欠陥検査に用いられる物体検査装置には、例えば０．１μｍの検出感度が要求される。かかる検出感度や検査速度の高速化の要求を満たすものとして、走査型電子顕微鏡等の荷電粒子ビームを用いた荷電粒子線顕微鏡が物体検査装置として用いられてきている。とりわけ、低エネルギー電子ビームは、半導体素子に入射時の損傷を与えず、また、絶縁体の帯電効果等が低減されるため、半導体素子のパターン検査等に広く利用され、電子ビーム検査（EBI; Electron Beam Inspection）として知られている。   A semiconductor element has a fine pattern formed on the surface of a semiconductor substrate. In recent years, the pattern has been further miniaturized by using a planar technology such as CMP. An object inspection apparatus used for observing the surface state of semiconductor elements and inspecting defects is required to have a detection sensitivity of 0.1 μm, for example. A charged particle beam microscope using a charged particle beam such as a scanning electron microscope has been used as an object inspection apparatus in order to satisfy the demands for increasing the detection sensitivity and the inspection speed. In particular, the low energy electron beam does not damage the semiconductor element at the time of incidence, and the charging effect of the insulator is reduced. Therefore, it is widely used for pattern inspection of the semiconductor element, and the electron beam inspection (EBI; Known as Electron Beam Inspection.

従来、電子ビームを用いた物体検査装置として、例えば、下記特許文献１などに記載されたものが知られている。すなわち、荷電粒子ビームとしての電子ビームは、荷電粒子源である電子銃で生成され、一次の荷電粒子ビームとして、一次光学系により検査対象の物体としての半導体素子等の試料の表面に照射される。これにより、この試料から、二次電子、反射電子、後方散乱電子が得られる。二次電子の発生確率が物体表面の物性に依存することから、二次電子が表面検査用の二次の荷電粒子ビームとして移送され、二次光学系によって像面としての検出装置の検出面上に結像される。   2. Description of the Related Art Conventionally, as an object inspection apparatus using an electron beam, for example, one described in Patent Document 1 below is known. That is, an electron beam as a charged particle beam is generated by an electron gun which is a charged particle source, and is irradiated as a primary charged particle beam onto the surface of a sample such as a semiconductor element as an object to be inspected by a primary optical system. . Thereby, secondary electrons, reflected electrons, and backscattered electrons are obtained from this sample. Since the generation probability of secondary electrons depends on the physical properties of the object surface, the secondary electrons are transported as a secondary charged particle beam for surface inspection, and on the detection surface of the detection device as an image plane by the secondary optical system Is imaged.

また、検出装置には、近年、検査効率を上げ、スループットの向上を図る目的で、例えば、下記特許文献２などに記載されたＴＤＩ（Time-Delay-Integration；時間遅延積分型）アレイＣＣＤ（以後ＴＤＩセンサと称する）が用いられてきている。このＴＤＩセンサは、ラインスキャンＣＣＤに比べて高解度の画像を短時間で撮像することができるという特徴を有している。   In recent years, for example, a TDI (Time-Delay-Integration) array CCD (hereinafter referred to as a time delay integration type) array CCD (described later in Patent Document 2) is used as a detection device in order to increase inspection efficiency and improve throughput. (Referred to as TDI sensors). This TDI sensor has a feature that it can capture a high-resolution image in a short time compared to a line scan CCD.

ラインスキャンＣＣＤの場合、試料表面に電子ビームを集束させて輝度を高くして照射し、かつ、その照射位置をスキャンすることで撮像が行われる。短時間で撮像を行うためには電子ビームの電流を増加させてさらに輝度を増加させなければならないが、電子ビームのエネルギーが低いためクーロン力によりビームが発散して解像度が低下するという問題を生じる。このため、ラインスキャンＣＣＤを用いると、自ずと撮像時間の短縮には限界が伴い、しかも、試料の撮像領域への搬送、及び撮像領域からの取出しの途中の時間は撮像には用いられないという時間の無駄も存在している。   In the case of a line scan CCD, imaging is performed by focusing an electron beam on the surface of the sample, irradiating it with high brightness, and scanning the irradiation position. In order to perform imaging in a short time, the brightness of the electron beam must be increased by increasing the electron beam current. However, since the energy of the electron beam is low, the beam diverges due to the Coulomb force and the resolution is lowered. . For this reason, when a line scan CCD is used, there is a limit to shortening the imaging time, and the time during which the sample is transported to and taken out from the imaging area is not used for imaging. There is also a waste of money.

これに対して、ＴＤＩセンサの場合、後述するように、試料を搬送しながら撮像ができるため撮像時間に無駄がなく、試料表面を一様に電子ビームによって照射することから、試料表面を電子ビームでスキャンする時間を省くことができ、かつ、輝度も抑えられてクーロン力によるビームの発散等の問題が低減される。   On the other hand, in the case of a TDI sensor, as will be described later, since imaging can be performed while a sample is being transported, there is no waste of imaging time, and the sample surface is uniformly irradiated with an electron beam. The scanning time can be saved, and the brightness is suppressed, and problems such as beam divergence due to Coulomb force are reduced.

ここで、検出装置とＴＤＩセンサによる撮像について図１４及び図１５を用いて説明する。   Here, imaging by the detection device and the TDI sensor will be described with reference to FIGS.

図１４は、検出装置６００を示す図である。像面としての検出面６００ａ上に結像される二次の荷電粒子ビームとしての電子ビームは、第１のＭＣＰ（Micro-Channel-Plate）６０１に入射され、第１のＭＣＰ６０１と第２のＭＣＰ６０２内を通過するうちにその電流量が増幅され、蛍光面６０３に衝突する。蛍光面６０３では、電子が光子に変換され、その出力画像はＦＯＰ（Fiber-Optic-Plate）６０４を介してＴＤＩセンサを搭載したカメラ６０５に照射される。ここで、ＦＯＰ６０４は、蛍光面６０３での画像サイズとカメラ６０５の撮像サイズを合わせるように画像を縮小するように構成されている。   FIG. 14 is a diagram showing the detection device 600. An electron beam as a secondary charged particle beam formed on the detection surface 600a as an image plane is incident on a first MCP (Micro-Channel-Plate) 601 and the first MCP 601 and the second MCP 602 are input. While passing through the inside, the amount of current is amplified and collides with the phosphor screen 603. On the fluorescent screen 603, electrons are converted into photons, and the output image is irradiated to a camera 605 equipped with a TDI sensor via an FOP (Fiber-Optic-Plate) 604. Here, the FOP 604 is configured to reduce the image so that the image size on the fluorescent screen 603 matches the imaging size of the camera 605.

図１５は、カメラ６０５におけるＴＤＩセンサのブロック図である。ＴＤＩセンサは、図中Ｘ方向にＣ（１），Ｃ（２）・・・Ｃ（Ｍ−１），Ｃ（Ｍ）のＭ個並んだライン状のＣＣＤ画素列が、図中Ｙ方向にＲＯＷ（１），ＲＯＷ（２）・・・ＲＯＷ（Ｎ−１），ＲＯＷ（Ｎ）のＮ個並べられて構成されている。各ＣＣＤ画素列上の蓄積電荷は、外部から供給される１垂直クロック信号により、一度にＹ方向へＣＣＤ１画素分だけ転送されるようになっている。   FIG. 15 is a block diagram of a TDI sensor in the camera 605. The TDI sensor has a linear CCD pixel array in which M (C (1), C (2)... C (M-1), C (M) are arranged in the X direction in the figure in the Y direction. ROW (1), ROW (2)... ROW (N-1), ROW (N) are arranged side by side. Accumulated charges on each CCD pixel column are transferred by one CCD at a time in the Y direction by one vertical clock signal supplied from the outside.

試料を移動させ、ある時点でＲＯＷ（１）上に結像された試料の画像が、試料の移動とともにＹ方向に１画素列分だけ移動すると、それと同期して垂直クロック信号が与えられ、ＲＯＷ（１）に撮像されたＭ個のライン画像は、ＲＯＷ（２）に転送される。そこで同じ画像を撮像し続けるので、蓄積される画像の電荷は２倍になる。続けて画像がＹ方向にさらに１画素分移動し、同期クロック信号が与えられると、蓄積画像はＲＯＷ（３）に転送され、そこで画像電荷を３倍になるまで蓄積する。以下順々に、画像の移動に追随してＲＯＷ（Ｎ）まで電荷の転送と撮像を繰り返し終わると、Ｎ倍の画像電荷を蓄積した結果が水平レジスタからシリアルに画像データとして取り出される。   When the sample is moved and the image of the sample imaged on the ROW (1) at a certain point moves by one pixel column in the Y direction along with the movement of the sample, a vertical clock signal is given in synchronization therewith. The M line images captured in (1) are transferred to ROW (2). Therefore, since the same image is continuously captured, the charge of the accumulated image is doubled. Subsequently, when the image further moves by one pixel in the Y direction and a synchronization clock signal is given, the accumulated image is transferred to ROW (3), where the image charge is accumulated until tripled. When the charge transfer and imaging are repeated up to ROW (N) following the movement of the image in sequence, the result of accumulating N times the image charge is taken out serially from the horizontal register as image data.

以上説明した動作が、各画素列ＲＯＷ（１）〜ＲＯＷ（Ｎ）で同時に行われ、２次元の画像（Ｍ画素×Ｎ画素）を垂直方向に送りながら、１画素で蓄積される画像電荷のＮ倍になるまで蓄積された画像電荷が１ラインずつ同期して取り出される。   The operation described above is simultaneously performed in each of the pixel rows ROW (1) to ROW (N), and the image charge accumulated in one pixel is sent while a two-dimensional image (M pixels × N pixels) is sent in the vertical direction. The image charges accumulated until N times are taken out one line at a time.

図１６には、上述のような方法で、試料４００上の或る一つの物点をＴＤＩセンサを用いて撮像する様子が示されている。すなわち、試料４００が図１６（ａ）中に矢印で示されるｙ方向に４００’の位置まで移動するのにともなって、図１６（ａ）に示す観察領域中の点Ｐ１に位置する試料４００上の物点が、観察領域中の点Ｐ２の位置まで移動すると、その一方で、点Ｐ１に位置する試料４００上の物点が図１６（ｂ）に示すようなＴＤＩセンサ上の点Ｐ１’に像点として検出され、この像点が、試料４００の４００’への移動とともに、点Ｐ１’よりＹ方向にｍ×ｐだけ移動した点Ｐ２’まで移動する。ここで、ｐは、ＴＤＩセンサ上におけるＹ方向の１画素に対応する幅とする。そして、ＲＯＷ（ｋ）からＲＯＷ（ｋ＋ｍ）の間の画素Ｃ（ｌ）において画像電荷が蓄積される。試料４００上の他の物点についても同様であり、ＴＤＩセンサの全域を用いながら、試料４００上の全ての物点の撮像が行なわれる。
特開平１１−１３５０５６号公報 特開平１０−１９７４６２号公報 FIG. 16 shows a state in which a certain object point on the sample 400 is imaged using a TDI sensor by the method as described above. That is, sample 400 sample 400 with the to move to the position of FIG. 16 (a) 400 in the y direction indicated by the arrow in ', located at a point P 1 in the observation area shown in FIG. 16 (a) object point of above, when moving to the position of the point P 2 in the observation area, on the other hand, an object point on the sample 400 is located in the point P 1 is a point on the TDI sensor, as shown in FIG. 16 (b) An image point is detected at P 1 ′, and this image point moves to a point P 2 ′ moved by m × p from the point P 1 ′ in the Y direction as the sample 400 moves to 400 ′. Here, p is a width corresponding to one pixel in the Y direction on the TDI sensor. Then, image charges are accumulated in the pixel C (l) between ROW (k) and ROW (k + m). The same applies to other object points on the sample 400, and all object points on the sample 400 are imaged using the entire area of the TDI sensor.
Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-1305056 JP-A-10-197462

ところで、上述のような構成とされたＴＤＩセンサは、Ｙ方向には、十分な電荷を蓄えるに足るだけの画素数があれば良いのに対し、Ｘ方向には、試料の幅に相当する画素数が必要とされるため、一般には、例えば、Ｘ方向とＹ方向の長さの比が４：１といったような、全体にＸ方向に長く延在した細長い長方形状を呈する。したがって、試料上の荷電粒子ビームによる照射領域、ならびに、この照射領域が結像される検出面上の像も、一方向に延在した細長い長方形状となる。   By the way, in the TDI sensor configured as described above, the Y direction only needs to have a sufficient number of pixels to store sufficient charges, whereas in the X direction, pixels corresponding to the width of the sample. Since a number is required, it generally exhibits a long and narrow rectangular shape extending in the X direction as a whole, for example, the ratio of the length in the X direction to the Y direction is 4: 1. Therefore, the irradiation area by the charged particle beam on the sample and the image on the detection surface on which the irradiation area is formed also have an elongated rectangular shape extending in one direction.

荷電粒子ビームの単色収差によるビームの拡がりは、光軸から離れる程大きくなり、しかも、子午面方向（長方形状の面内の中心方向）の拡がりの方が、子午面方向と垂直なサジタル面方向の拡がりよりも大きくなるから、前記検出面上における前記照射領域の像が延在する方向における端部、すなわち、図１６（ｂ）に示されるＴＤＩセンサのＸ方向の端部の位置において、Ｘ方向の単色収差による像点の拡がりが最も大きく、この拡がりが物体検査装置全体の解像度を決定してしまうという問題が存在している。   The beam spread due to monochromatic aberration of the charged particle beam increases as the distance from the optical axis increases, and the spread in the meridional direction (the central direction in the rectangular plane) is more perpendicular to the meridional direction. Therefore, at the position of the end in the direction in which the image of the irradiation region extends on the detection surface, that is, the position of the end in the X direction of the TDI sensor shown in FIG. There is a problem that the spread of the image point due to the monochromatic aberration in the direction is the largest, and this spread determines the resolution of the entire object inspection apparatus.

また、物体検査装置にＴＤＩセンサが用いられる場合には、荷電粒子ビームが物体の照射領域全体に一度に照射されるため、ラインスキャンＣＣＤを用いる場合に比べて、荷電粒子ビームの電流密度が低減されるものの、それでもやはり、物体検査装置が、例えば５ｋｅＶ程度の低エネルギーの電子ビームといったように、依然として低エネルギーの荷電粒子ビームが用いられていることに変わりは無い。クーロン力による単色収差ならびに色収差による像面上での荷電粒子ビームの拡がりは、ビームのエネルギーの逆数に比例するから、低エネルギーの荷電粒子ビームを用いている限り、収差による解像度の低下の問題は避けられない。   In addition, when a TDI sensor is used in the object inspection apparatus, the charged particle beam is irradiated onto the entire irradiation region of the object at a time, so that the current density of the charged particle beam is reduced as compared with the case where a line scan CCD is used. However, the object inspection apparatus still uses a low-energy charged particle beam, such as a low-energy electron beam of about 5 keV. The spread of the charged particle beam on the image plane due to Coulomb force and the chromatic aberration is proportional to the reciprocal of the energy of the beam, so as long as a low energy charged particle beam is used, the problem of resolution reduction due to aberration is Inevitable.

荷電粒子ビームに働くクーロン力の影響について詳しく考察すると、その影響は、荷電粒子ビーム内での荷電粒子の空間的な分布の統計的な変動により生じるBoersch効果により算出することができ、一に、ビームの進行方向に垂直な方向のクーロン力の成分によってビームの径方向への拡がりが発生し、二に、ビームの進行方向に平行な方向のクーロン力の成分によって荷電粒子ビームのエネルギー幅がそれぞれ発生するというものに分けられる。このうち、像面上でのクーロン力による径方向へのビームの拡がり、ないし像点の拡がりは、荷電粒子ビームの電流をＩとし、物面から像面までの距離をＬとし、荷電粒子ビーム径をｒとし、荷電粒子ビームが主荷電粒子線となす最大角度をα、荷電粒子ビームのエネルギーをΦとすると、

Figure 0004011608
によって表される。ここで、ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅは、０．５より大きく１．５より小さい値とされている。ＴＤＩセンサを用いた物体検査装置では、一般に、上式で表される径方向へのビーム拡がりよりはむしろ、Boersch効果により生じた荷電粒子ビームのエネルギー幅ΔΦにより、
δｘc＝Ｃ1・ΔΦ／Φ・αx＋Ｃ２・ΔΦ／Φ・Ｘ
δｙc＝Ｄ1・ΔΦ／Φ・αy＋Ｄ２・ΔΦ／Φ・Ｙ
で表される色収差による像点の拡がりδｘc，δｙcが生じる問題が大きい。ここで、光軸からのＸ方向及びＹ方向に関する距離Ｘ及びＹ、ならびにＣ1，Ｃ２及びＤ1，Ｄ２を係数として用いた。なお、添え字のｘ，ｙは、本明細書中でもそうだが、それぞれ上記Ｘ方向及びＹ方向に関する量であることを示す。 Considering in detail the influence of the Coulomb force acting on the charged particle beam, the influence can be calculated by the Boersch effect caused by the statistical fluctuation of the spatial distribution of the charged particles in the charged particle beam. The radial expansion of the beam occurs due to the Coulomb force component perpendicular to the beam traveling direction. Second, the energy width of the charged particle beam depends on the Coulomb force component parallel to the beam traveling direction. It is divided into things that occur. Of these, the beam spread in the radial direction by the Coulomb force on the image plane, or the spread of the image point, is defined as I for the current of the charged particle beam and L for the distance from the object plane to the image plane. If the diameter is r, the maximum angle that the charged particle beam makes with the main charged particle beam is α, and the energy of the charged particle beam is Φ,
Figure 0004011608
 Represented by Here, a, b, c, d, and e are values larger than 0.5 and smaller than 1.5. In an object inspection apparatus using a TDI sensor, in general, rather than the beam divergence in the radial direction expressed by the above equation, the energy width ΔΦ of the charged particle beam generated by the Boersch effect
δx c = C 1 · ΔΦ / Φ · α x + C 2 · ΔΦ / Φ · X
δy c = D 1 · ΔΦ / Φ · α y + D 2 · ΔΦ / Φ · Y
The problem of image point spreads δx c and δy c due to chromatic aberration expressed by Here, distances X and Y in the X direction and Y direction from the optical axis, and C 1 , C 2 and D 1 , D 2 were used as coefficients. Note that the subscripts x and y indicate the amounts in the X direction and the Y direction, respectively, as in the present specification.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、色収差による像点の拡がり、すなわち像面上における色収差による荷電粒子ビームの拡がりを低減することができる荷電粒子ビーム光学装置、及び荷電粒子ビーム制御方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a charged particle beam optical apparatus capable of reducing the spread of an image point due to chromatic aberration, that is, the spread of a charged particle beam due to chromatic aberration on an image plane, and a charge An object is to provide a particle beam control method.

また、本発明は、ＴＤＩセンサを用いる場合のように、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に前記物面上の領域を結像させる際、前記領域の延在方向での前記領域の端部の一点から放出された前記荷電粒子ビームが前記像面上において有する単色収差による拡がりを低減して解像度を向上することのできる荷電粒子ビーム光学装置、及び荷電粒子ビーム制御方法を提供することを目的とする。   Further, the present invention guides a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface to form the region on the object surface on the image surface as in the case of using a TDI sensor. In this case, the charged particle beam that can improve the resolution by reducing the spread due to monochromatic aberration of the charged particle beam emitted from one end of the region in the extending direction of the region on the image plane. An object is to provide an optical device and a charged particle beam control method.

上記の課題を解決するため、本発明は実施の形態に示す各図に対応付けした以下の構成を採用している。但し、各要素に付した括弧付き符号はその要素の例示に過ぎず、各要素を限定するものではない。   In order to solve the above-described problems, the present invention employs the following configurations corresponding to the respective drawings shown in the embodiments. However, the reference numerals with parentheses attached to each element are merely examples of the element and do not limit each element.

本発明の第一の態様に従えば、荷電粒子源（１０）からの一次荷電粒子ビーム（Ｂ１）の照射により試料（４）から得られる電子を二次荷電粒子ビーム（Ｂ２）として検出する荷電粒子ビーム光学装置であって、荷電粒子ビーム光学装置は、試料（４）に対してＸ軸方向に延在した長方形状の領域を一次荷電粒子ビーム（Ｂ１）で照射する一次光学系（１１）と、試料（４）から放出された二次荷電粒子ビーム（Ｂ２）を開口絞り（ＡＳ）を通して検出面上に検出させる二次光学系（２０）とを備え、開口形状は、Ｘ軸方向に直交したＹ軸方向に長軸を有する楕円形に形成されていることを特徴とする荷電粒子ビーム光学装置（２）が提供される。   According to the first aspect of the present invention, the charge for detecting the electron obtained from the sample (4) as the secondary charged particle beam (B2) by the irradiation of the primary charged particle beam (B1) from the charged particle source (10). A particle beam optical device, which is a charged particle beam optical device that irradiates a rectangular region extending in the X-axis direction with respect to a sample (4) with a primary charged particle beam (B1). And a secondary optical system (20) for detecting the secondary charged particle beam (B2) emitted from the sample (4) on the detection surface through the aperture stop (AS), and the aperture shape is in the X-axis direction. There is provided a charged particle beam optical device (2) characterized in that the charged particle beam optical device (2) is formed into an ellipse having a major axis in the orthogonal Y-axis direction.

すなわち、本発明者らは、Boersch効果に基づいて、荷電粒子ビーム内の荷電粒子同士によるクーロン力によって生じる荷電粒子ビームのエネルギー幅を数値計算から算定し、開口形状により荷電粒子ビームの一部を通過させる際、荷電粒子ビームの電流値が同じでも、ビームの断面形状が楕円であれば最終的に得られる荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くすることができるという知見を得て本発明に至った。
一般に、荷電粒子ビームが非点収差を有して集束し、再び発散していく過程（以後、荷電粒子ビームが集束し、再び発散して行く過程をクロスオーバーと称する場合もある）では、非点収差が無い状態で荷電粒子ビームが集束し、発散していく過程よりもBoersch効果によるエネルギー幅の発生が少ないことが知られている（例えば Optik 57 (1980) No.3, 339-364 を参照）。そこで、荷電粒子ビームのクロスオーバーに非点収差を有するような荷電粒子ビーム光学系を構成しようとすると、ビーム光学系の調整が難しくなり、さらには、光軸の回りに対称な荷電粒子ビーム光学系によって全てを構成する場合に比べると、部品点数も多くなってしまう。これに比べて、本発明の第一の態様のように、荷電粒子ビームの軌道上に、従来は円形とされる開口形状の代わりに、楕円形の開口形状を設けて荷電粒子ビームを通過させると、概ね非点収差的なクロスオーバーを生じさせるのと同様の効果をもたらし、開口形状を通過させる荷電粒子ビームの電流値は同じでも、クーロン力により生じる荷電粒子ビームのエネルギー幅が低減される。
このように、本発明の第一の態様により、荷電粒子ビーム光学系を構成する他の素子は一切変更することなく、楕円形に形成された開口形状を用いて荷電粒子ビームの断面形状を整えるだけで、荷電粒子ビームのエネルギー幅が低減される。なお、前記開口形状は、物面もしくは像面に対するフーリエ変換面に形成されていることが好ましい。
そして、色収差を低減することができることから、前記荷電粒子ビーム光学系が、物面上の所定の領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に前記物面上の領域を結像させるように構成されている場合、色収差による像面上での荷電粒子ビームの拡がり、ないしは像点の拡がりを低減することができる。 That is, the present inventors calculated the energy width of the charged particle beam generated by the Coulomb force between the charged particles in the charged particle beam based on the Boersch effect from the numerical calculation, and a part of the charged particle beam by the aperture shape. At the time of passing, even if the current value of the charged particle beam is the same, the inventors have obtained the knowledge that the energy width of the finally obtained charged particle beam can be narrowed if the cross-sectional shape of the beam is an ellipse. .
In general, in a process in which a charged particle beam is focused with astigmatism and diverges again (hereinafter, a process in which a charged particle beam is focused and diverges may be referred to as crossover). It is known that the generation of energy width due to the Boersch effect is less than the process in which a charged particle beam is focused and diverged in the absence of astigmatism (for example, Optik 57 (1980) No. 3, 339-364). reference). Therefore, if an attempt is made to construct a charged particle beam optical system that has astigmatism in the crossover of the charged particle beam, it becomes difficult to adjust the beam optical system, and further, the charged particle beam optical system that is symmetric around the optical axis. Compared to the case where everything is configured by the system, the number of parts also increases. Compared to this, as in the first aspect of the present invention, an elliptical aperture shape is provided on the trajectory of the charged particle beam instead of the conventional circular aperture shape to allow the charged particle beam to pass therethrough. This produces the same effect as generating a substantially astigmatic crossover, and the energy value of the charged particle beam generated by the Coulomb force is reduced even though the current value of the charged particle beam passing through the aperture shape is the same. .
As described above, according to the first aspect of the present invention, the cross-sectional shape of the charged particle beam is adjusted using the elliptical aperture shape without changing any other elements constituting the charged particle beam optical system. Only the energy width of the charged particle beam is reduced. In addition, it is preferable that the said opening shape is formed in the Fourier-transform surface with respect to an object surface or an image surface.
Since chromatic aberration can be reduced, the charged particle beam optical system guides a charged particle beam emitted from a predetermined region on the object surface to form an image on the object surface on the image surface. In such a configuration, the spread of the charged particle beam or the spread of the image point on the image plane due to chromatic aberration can be reduced.

また、本発明の荷電粒子ビーム光学装置（２）は、物面（ＯＢ）上の一方向に延在した領域（ＯＦ）から放出される荷電粒子ビームを導いて像面（ＩＭ）上に前記物面（ＯＢ）上の領域（ＯＦ）を結像させる荷電粒子ビーム光学系（２０）を有し、該荷電粒子ビーム光学系（２０）は、前記荷電粒子ビームの軌道上に、前記荷電粒子ビームの一部を通過させる開口絞り（ＡＳ）を有している荷電粒子ビーム光学装置（２）において、前記開口絞り（ＡＳ）は、前記物面（ＯＢ）上の領域（ＯＦ）が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形の開口形状を有し、前記領域（ＯＦ）が延在する方向の前記領域（ＯＦ）の端部の一点から放出された前記荷電粒子ビームが、前記像面（ＩＭ）上において、前記領域（ＯＦ）の像（ＩＦ）が延在する方向とこの方向に直交する方向にそれぞれ略等しい大きさの収差による拡がりを有するよう、前記開口形状の楕円形の長軸と短軸の比が設定されている構成を採用できる。   The charged particle beam optical apparatus (2) of the present invention guides a charged particle beam emitted from a region (OF) extending in one direction on the object surface (OB) to the image surface (IM). A charged particle beam optical system (20) that forms an image of a region (OF) on the object plane (OB), and the charged particle beam optical system (20) is arranged on the trajectory of the charged particle beam. In the charged particle beam optical apparatus (2) having an aperture stop (AS) that allows a part of the beam to pass, the aperture stop (AS) extends in an area (OF) on the object surface (OB). The charged particle beam emitted from one point of the end of the region (OF) in the direction in which the region (OF) extends has an elliptical opening shape having a major axis in a direction orthogonal to the direction On the image plane (IM), the image (IF) of the area (OF) extends. As with the spread by approximately equal magnitude of the aberration, respectively in the direction orthogonal to the this direction direction, it can be adopted a configuration in which the ratio of the major and minor axes of the ellipse of the opening shape is set.

この場合においては、荷電粒子ビーム光学系を構成する素子の内部の光軸から遠い領域における電磁場の歪等による影響を少なくするために、開口絞りによって、前記光軸に近い部分を荷電粒子ビームが通過するようにし、単色収差による荷電粒子ビームの前記像面上の拡がりを低減する。このとき、前記開口絞りの開口形状を楕円形にすることで、前記領域が延在する方向に直交する方向の開口に対して、前記領域が延在する方向の開口を狭くし、これにより、前記領域の像が延在する方向に直交する方向におけるビームの拡がりに対して、前記領域の像が延在する方向におけるビームの拡がりを低減する。
一般に、単色収差による荷電粒子ビームの子午面方向（像面内の像の中心方向）の拡がりは、子午面に垂直なサジタル面方向の拡がりよりも大きい。像面上での像が一方向に延在している場合には、像が延在する方向と子午面方向とは概ね一致するから、上記楕円形の開口形状によって、像が延在する方向の単色収差によるビームの拡がりを低減すれば、子午面方向のビームの拡がりも低減し、サジタル面方向のビームの拡がりとのアンバランスが解消される。このとき、前記開口形状の楕円形の長軸と短軸の比を適切に設定し、前記領域の像が延在する方向ならびにこの方向に直交する方向の収差によるビームの拡がりが略等しい大きさとなるようにする。なお、開口形状を通過する荷電粒子ビームの強度が低下しないように、前記領域が延在する方向の開口を狭くする一方で、前記領域が延在する方向に直交する方向の開口を広げ、開口形状の面積が一定になるようにするのが好ましい。このようにして、専ら子午面方向のビームの拡がりによって決定されていた荷電粒子ビーム光学装置の解像度が子午面方向のビームの拡がりの減少とともに向上する。 In this case, in order to reduce the influence of the electromagnetic field distortion and the like in a region far from the optical axis inside the element constituting the charged particle beam optical system, the charged particle beam is caused to close to the optical axis by the aperture stop. And the spread of the charged particle beam on the image plane due to monochromatic aberration is reduced. At this time, by making the aperture shape of the aperture stop elliptical, the aperture in the direction in which the region extends is narrower than the aperture in the direction orthogonal to the direction in which the region extends, thereby The beam divergence in the direction in which the image of the region extends is reduced with respect to the beam divergence in the direction orthogonal to the direction in which the image of the region extends.
In general, the spread of the charged particle beam in the meridian plane direction (center direction of the image in the image plane) due to monochromatic aberration is larger than the spread in the sagittal plane direction perpendicular to the meridian plane. When the image on the image plane extends in one direction, the direction in which the image extends and the meridional direction generally coincide with each other. If the beam spread due to the monochromatic aberration is reduced, the beam spread in the meridian plane direction is also reduced, and the unbalance with the beam spread in the sagittal plane direction is eliminated. At this time, the ratio of the major axis to the minor axis of the elliptical shape of the aperture is set appropriately, and the beam divergence due to the aberration in the direction in which the image of the region extends and in the direction orthogonal to the direction is substantially equal. To be. The opening in the direction in which the region extends is narrowed while the opening in the direction perpendicular to the direction in which the region extends is widened so that the intensity of the charged particle beam passing through the opening shape does not decrease. It is preferable to keep the shape area constant. In this way, the resolution of the charged particle beam optical device, which has been determined exclusively by the beam expansion in the meridional direction, is improved with a decrease in the beam expansion in the meridional direction.

また、本発明の荷電粒子ビーム光学装置（２）は、物面（ＯＢ）上の一方向に延在した領域（ＯＦ）から放出される荷電粒子ビームを導いて像面（ＩＭ）上に前記物面（ＯＢ）上の領域（ＯＦ）を結像させる荷電粒子ビーム光学系（２０）を有し、該荷電粒子ビーム光学系（２０）は、前記荷電粒子ビームの軌道上の物面（ＯＢ）もしくは像面（ＩＭ）に対するフーリエ変換面に、前記荷電粒子ビームの一部を通過させる開口絞り（ＡＳ）を有している荷電粒子ビーム光学装置（２）において、前記開口絞り（ＡＳ）の開口形状は、前記像面（ＩＭ）上における前記領域（ＯＦ）の像（ＩＦ）が延在する方向をＸ軸方向として、前記像面（ＩＭ）上における前記荷電粒子ビーム光学系（２０）の光軸からのＸ軸方向の距離をＸとし、該Ｘ軸方向に直交する方向をＹ軸方向として、前記像面（ＩＭ）上における前記光軸からのＹ軸方向の距離をＹとし、前記光軸からの距離がＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれＸ及びＹとなる位置に集束される前記荷電粒子ビームが前記物面（ＯＢ）上において有するＸ軸方向及びＹ軸方向の開口角の半分の角度をそれぞれαX及びαｙとし、Ａ1、Ａ２、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７、Ａ１８、Ｂ1、Ｂ２、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８を係数としたとき、集束される前記荷電粒子ビームが前記像面（ＩＭ）上で有する３次の単色収差によるＸ軸方向における拡がり、
δｘ＝Ａ1αX 3＋Ａ２αXαy ２＋Ａ１１αX ２Ｘ＋Ａ１２αｙ ２Ｘ＋Ａ１３αXαｙＹ＋Ａ１４αXＸ２＋Ａ１５αXＹ２＋Ａ１６αｙＸＹ＋Ａ１７Ｘ３＋Ａ１８ＸＹ２
及び、Ｙ軸方向における拡がり、
δｙ＝Ｂ１αy ３＋Ｂ２αyαｘ ２＋Ｂ１１αy ２Ｙ＋Ｂ１２αｘ ２Ｙ＋Ｂ１３αyαｘＸ＋Ｂ１４αyＹ２＋Ｂ１５αyＸ２＋Ｂ１６αｘＸＹ＋Ｂ１７Ｙ３＋Ｂ１８ＹＸ２
のそれぞれの値が、前記領域（ＯＦ）の像のＸ軸方向における端部の位置において略等しくなるように、αXとαｙの比を所定の値にする形状に形成されている構成を採用できる。 The charged particle beam optical apparatus (2) of the present invention guides a charged particle beam emitted from a region (OF) extending in one direction on the object surface (OB) to the image surface (IM). A charged particle beam optical system (20) for imaging a region (OF) on an object plane (OB), and the charged particle beam optical system (20) includes an object plane (OB) on an orbit of the charged particle beam. In the charged particle beam optical apparatus (2) having an aperture stop (AS) that allows a part of the charged particle beam to pass through on the Fourier transform plane with respect to the image plane (IM), the aperture stop (AS) The aperture shape is such that the charged particle beam optical system (20) on the image plane (IM) is an X-axis direction in which the image (IF) of the region (OF) extends on the image plane (IM). The distance in the X-axis direction from the optical axis is X, and the X-axis direction Is the Y-axis direction, the Y-axis direction distance from the optical axis on the image plane (IM) is Y, and the distances from the optical axis are X and Y-axis directions in the X-axis direction and Y-axis direction, respectively. Α X and α y are the half angles of the opening angle in the X-axis direction and Y-axis direction of the charged particle beam focused on the position where Y is on the object plane (OB), respectively, and A 1 , A 2 , A 11 , A 12 , A 13 , A 14 , A 15 , A 16 , A 17 , A 18 , B 1 , B 2 , B 11 , B 12 , B 13 , B 14 , B 15 , B 16 , B 17 and B 18 are coefficients, and the charged particle beam to be focused spreads in the X-axis direction due to third-order monochromatic aberration on the image plane (IM),
δx = A 1 α X 3 + A 2 α X α y 2 + A 11 α X 2 X + A 12 α y 2 X + A 13 α X α y Y + A 14 α X X 2 + A 15 α X Y 2 + A 16 α y XY + A 17 X 3 + A 18 XY 2
And spreading in the Y-axis direction,
δy = B 1 α y 3 + B 2 α y α x 2 + B 11 α y 2 Y + B 12 α x 2 Y + B 13 α y α x X + B 14 α y Y 2 + B 15 α y X 2 + B 16 α x XY + B 17 Y 3 + B 18 YX 2
Are configured so that the ratio of α X and α y is a predetermined value so that the respective values of are substantially equal at the position of the end in the X-axis direction of the image of the region (OF). Can be adopted.

すなわち、本発明者らは、Munroによる荷電粒子ビームの単色収差の理論に基づき、前記物面上の或る物点から放出された荷電粒子ビームが、前記荷電粒子ビーム光学系の光軸からの距離がＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれＸ及びＹとなる前記像面上の位置に集束されるとき、この荷電粒子ビームが前記像面上で有する３次の単色収差によるＸ軸方向及びＹ軸方向における拡がりが、
δｘ＝Ａ1αX 3＋Ａ２αXαy ２＋Ａ１１αX ２Ｘ＋Ａ１２αｙ ２Ｘ＋Ａ１３αXαｙＹ＋Ａ１４αXＸ２＋Ａ１５αXＹ２＋Ａ１６αｙＸＹ＋Ａ１７Ｘ３＋Ａ１８ＸＹ２
δｙ＝Ｂ１αy ３＋Ｂ２αyαｘ ２＋Ｂ１１αy ２Ｙ＋Ｂ１２αｘ ２Ｙ＋Ｂ１３αyαｘＸ＋Ｂ１４αyＹ２＋Ｂ１５αyＸ２＋Ｂ１６αｘＸＹ＋Ｂ１７Ｙ３＋Ｂ１８ＹＸ２
で表されることから、ビームの拡がりが前記光軸からの距離Ｘ及びＹに依存して、荷電粒子ビームが前記光軸から離れた位置に集束されるほどビームの拡がりが大きくなること、そして、前記荷電粒子ビームがこの荷電粒子ビームの主荷電粒子線と物側でなすＸ軸方向及びＹ軸方向における最大角度αx及びαyに依存して、開口を大きくすればするほど、前記荷電粒子ビーム光学系内において光軸から遠い領域を通過する荷電粒子が増加し、ビームの拡がりが大きくなること、さらに、Ｘ軸上（Ｙ＝０）における前記像面上での３次の単色収差による荷電粒子ビームの拡がり、
δｘ＝Ａ1αｘ 3＋Ａ２αｘαｙ ２＋Ａ１１αｘ 2Ｘ＋Ａ１２αｙ 2Ｘ＋Ａ１４αｘＸ2＋Ａ１７Ｘ３
δｙ＝Ｂ１αｙ ３＋Ｂ２αｙαｘ 2＋Ｂ１３αｙαｘＸ＋Ｂ１５αｙＸ2
に着目して、Ａ１１αｘ 2Ｘ＋Ａ１２αｙ 2Ｘ及びＢ１３αｙαｘＸの項の存在により、αX＝αｙの場合、Ｘ軸上のいかなる点においてもδｘ＞δｙとなることを見出し、したがって、前記領域が延在するＸ軸方向の前記領域の端部の一点から放出された前記荷電粒子ビームが前記像面上のＸ＞Ｙなる位置に結像するとき、この位置でのＸ軸方向のビームの拡がりδｘが前記領域の像の範囲内で略最も大きな拡がりとなり、同時にこの値が荷電粒子ビーム光学装置の解像度の上限を決定するという見解に至り、このとき、αX及びαｙの値を調整してαｙ＞αｘとするように開口絞りの開口形状を変更すれば、δｙに対してδｘを低減することができ、これにより解像度の向上を図ることができるという知見を得て本発明に至った。このとき、前記開口形状の楕円形の長軸と短軸の比を適切に設定してαXとαｙの比が所定の値となる形状にし、前記像のＸ軸方向の端部において、ビームの拡がりδｘ及びδｙが略等しくなるようにする。なお、開口形状を通過する荷電粒子ビームの強度が低下しないように、Ｘ軸方向の開口を狭くする一方で、Ｙ軸方向の開口を広げ、開口形状の面積を一定に保つようにするのが好ましい。このように、本発明の態様によれば、前記領域の像が延在するＸ軸方向における前記像の端部でのＸ軸方向のビームの拡がりを減少させることで、像点の拡がりのうちで略最も大きいビームの拡がりを低減し、荷電粒子ビーム光学装置の解像度を向上することができる。 That is, the present inventors based on the theory of monochromatic aberration of a charged particle beam by Munro, a charged particle beam emitted from an object point on the object surface is separated from the optical axis of the charged particle beam optical system. When the distance is focused at a position on the image plane where X and Y are respectively X and Y, the charged particle beam has an X-axis direction and Y-axis due to third-order monochromatic aberration on the image plane. The spread in the axial direction is
δx = A 1 α X 3 + A 2 α X α y 2 + A 11 α X 2 X + A 12 α y 2 X + A 13 α X α y Y + A 14 α X X 2 + A 15 α X Y 2 + A 16 α y XY + A 17 X 3 + A 18 XY 2
δy = B 1 α y 3 + B 2 α y α x 2 + B 11 α y 2 Y + B 12 α x 2 Y + B 13 α y α x X + B 14 α y Y 2 + B 15 α y X 2 + B 16 α x XY + B 17 Y 3 + B 18 YX 2
The beam divergence depends on the distance X and Y from the optical axis, and the beam divergence increases as the charged particle beam is focused at a position away from the optical axis, and The charged particle beam has a larger opening depending on the maximum angles αx and αy in the X-axis direction and the Y-axis direction formed on the object side with the main charged particle beam of the charged particle beam. Charged particles passing through a region far from the optical axis in the optical system increase, the beam spread increases, and further, charging due to third-order monochromatic aberration on the image plane on the X axis (Y = 0). The expansion of the particle beam,
δx = A 1 α x 3 + A 2 α x α y 2 + A 11 α x 2 X + A 12 α y 2 X + A 14 α x X 2 + A 17 X 3
δy = B 1 α y 3 + B 2 α y α x 2 + B 13 α y α x X + B 15 α y X 2
Note that due to the presence of the terms A 11 α x 2 X + A 12 α y 2 X and B 13 α y α x X, if α X = α y , δx> δy at any point on the X axis Therefore, when the charged particle beam emitted from one point of the end of the region in the X-axis direction in which the region extends forms an image at a position where X> Y on the image plane, The position of the beam spread δx in the X-axis direction at the position is the largest spread in the range of the image of the region, and at the same time, this value leads to the view that the upper limit of the resolution of the charged particle beam optical device is reached. By adjusting the values of α X and α y and changing the aperture shape of the aperture stop so that α y > α x , δx can be reduced with respect to δy, thereby improving the resolution. As a result, the present invention has been obtained. At this time, the ratio of the major axis and the minor axis of the elliptical shape of the opening shape is appropriately set so that the ratio of α X and α y becomes a predetermined value, and at the end of the image in the X axis direction, The beam spreads δx and δy are made substantially equal. In order to prevent the intensity of the charged particle beam passing through the aperture shape from decreasing, the aperture in the X-axis direction is narrowed while the aperture in the Y-axis direction is widened so that the area of the aperture shape is kept constant. preferable. Thus, according to the aspect of the present invention, by reducing the beam spread in the X-axis direction at the edge of the image in the X-axis direction in which the image of the region extends, Therefore, it is possible to reduce the beam spread that is substantially the largest and to improve the resolution of the charged particle beam optical apparatus.

また、本発明の荷電粒子ビーム光学装置（２）において、前記開口絞り（ＡＳ）の開口形状は、δｘ又はδｙの値の最大値が所定の解像度以下の値となるように、αｘ及びαｙの値が前記αｘとαｙの比の値を保ちながら所定の値以下となる形状に形成されていることが好ましい。 Further, in the charged particle beam optical apparatus of the present invention (2), an opening shape of the aperture stop (AS) is such that the maximum value of the values of δx and δy is the following values predetermined resolution, alpha x and alpha It is preferable that the value of y is formed into a shape that is not more than a predetermined value while maintaining the value of the ratio of α x and α y .

あるいは、本発明の荷電粒子ビーム光学装置（２）において、前記開口絞り（ＡＳ）の開口形状は、前記荷電粒子ビームが所定の強度以上で通過するように、αｘ及びαｙの値が前記αｘとαｙの比の値を保ちながら所定の値以上となる形状に形成されていることが好ましい。 Alternatively, in the charged particle beam optical device (2) of the present invention, the aperture shape of the aperture stop (AS) is such that the values of α x and α y are such that the charged particle beam passes at a predetermined intensity or more. It is preferably formed in a shape having a predetermined value or more while maintaining the value of the ratio of α x and α y .

本発明による荷電粒子ビーム光学装置の絞り（ＡＳ）は、内部を荷電粒子ビームが導かれる荷電粒子ビーム光学装置（２）の前記荷電粒子ビームの軌道上に配置され、開口形状によって前記荷電粒子ビームの一部を通過させる荷電粒子ビーム光学装置の絞り（ＡＳ）において、前記開口形状は、楕円形に形成されていることを特徴とする。   The aperture (AS) of the charged particle beam optical apparatus according to the present invention is disposed on the trajectory of the charged particle beam of the charged particle beam optical apparatus (2) through which the charged particle beam is guided. In the aperture stop (AS) of the charged particle beam optical device that allows a part of the aperture to pass, the aperture shape is formed in an elliptical shape.

本発明の荷電粒子ビーム光学装置の絞りによれば、クーロン力により生じる荷電粒子ビームのエネルギー幅が低減される。この結果、色収差が低減され、荷電粒子ビーム光学装置が、物面上の所定の領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に前記物面上の領域を結像させるように構成されている場合には、色収差による像面上での荷電粒子ビームの拡がり、ないしは像点の拡がりが低減される。   According to the aperture of the charged particle beam optical apparatus of the present invention, the energy width of the charged particle beam generated by the Coulomb force is reduced. As a result, the chromatic aberration is reduced, and the charged particle beam optical device is configured to guide the charged particle beam emitted from a predetermined region on the object surface to form the region on the object surface on the image surface. In this case, the spread of the charged particle beam or the spread of the image point on the image plane due to chromatic aberration is reduced.

本発明の第二の態様に従えば、試料（４）に一次荷電粒子ビーム（Ｂ１）を照射し、該試料（４）から放出される二次荷電粒子ビーム（Ｂ２）を導いて像面（ＩＭ）上に二次荷電粒子ビーム（Ｂ２）による像を結像させる荷電粒子ビーム制御方法において、荷電粒子ビームの軌道上の物面（ＯＢ）もしくは像面（ＩＭ）に対するフーリエ変換面に開口絞り（ＡＳ）を配置し、該開口絞り（ＡＳ）の開口形状を、Ｘ軸方向における開口角の半分の角度αｘと、Ｙ軸方向における開口角の半分の角度αｙとの積を一定に保ちながら変形させることにより、二次荷電粒子ビームを結像させる像面（ＩＭ）上におけるＸ軸方向の像点の拡がりδｘとＹ軸方向の像点の拡がりδｙとが等しくなるように調整することを特徴とする荷電粒子ビーム制御方法が提供される。 According to the second aspect of the present invention, the sample (4) is irradiated with the primary charged particle beam (B1), the secondary charged particle beam (B2) emitted from the sample (4) is guided, and the image plane ( In the charged particle beam control method for forming an image by the secondary charged particle beam (B2) on the IM), an aperture stop is formed on the object plane (OB) on the trajectory of the charged particle beam or the Fourier transform plane with respect to the image plane (IM). (AS) is arranged, and the aperture shape of the aperture stop (AS) is made constant by multiplying the product of the angle α x which is half the opening angle in the X-axis direction and the angle α y which is half the opening angle in the Y-axis direction. By making the deformation while maintaining, the spread δ x of the image point in the X-axis direction on the image plane (IM) on which the secondary charged particle beam is imaged and the spread δ y of the image point in the Y-axis direction become equal. Charged particle beam control method characterized by adjusting It is provided.

本発明の第二の態様によれば、荷電粒子ビームの強度を一定に保ちながら、クーロン力により生じる荷電粒子ビームのエネルギー幅を低減できる。この結果、色収差を低減でき、荷電粒子ビーム光学装置が、物面上の所定の領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に前記物面上の領域を結像させるように構成されている場合には、色収差による像面上での荷電粒子ビームの拡がり、ないしは像点の拡がりを低減できる。   According to the second aspect of the present invention, the energy width of the charged particle beam generated by the Coulomb force can be reduced while keeping the charged particle beam intensity constant. As a result, chromatic aberration can be reduced, and the charged particle beam optical device is configured to guide a charged particle beam emitted from a predetermined region on the object surface to form an image on the object surface on the image surface. In this case, the spread of the charged particle beam or the spread of the image point on the image plane due to chromatic aberration can be reduced.

また、本発明の荷電粒子ビームの制御方法は、物面（ＯＢ）上の一方向に延在した領域（ＯＦ）から放出される荷電粒子ビームを導いて像面（ＩＭ）上に前記物面（ＯＢ）上の領域（ＯＦ）を結像させる荷電粒子ビーム制御方法において、前記荷電粒子ビームの軌道上に開口絞り（ＡＳ）を配置し、該開口絞り（ＡＳ）の開口形状の面積を一定に保ちながら前記物面（ＯＢ）上の領域（ＯＦ）が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形にして前記荷電粒子ビームの一部を通過させる構成を採用できる。   Also, the charged particle beam control method of the present invention guides a charged particle beam emitted from a region (OF) extending in one direction on the object surface (OB) to provide the object surface on the image surface (IM). In the charged particle beam control method for forming an image on the region (OF) on (OB), an aperture stop (AS) is disposed on the trajectory of the charged particle beam, and the area of the aperture shape of the aperture stop (AS) is constant. It is possible to adopt a configuration in which a part of the charged particle beam passes through an elliptical shape having a major axis in a direction orthogonal to the direction in which the region (OF) on the object plane (OB) extends while maintaining the same.

これによれば、開口形状の面積を一定に保って開口形状が楕円形にするので、荷電粒子ビームの強度を一定に保ちながら、クーロン力により生じる荷電粒子ビームのエネルギー幅を低減できる。この結果、色収差を低減でき、荷電粒子ビーム光学装置が、物面上の所定の領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に前記物面上の領域を結像させるように構成されている場合には、色収差による像面上での荷電粒子ビームの拡がり、ないしは像点の拡がりを低減できる。
ここで、前記荷電粒子ビームの軌道上の物面もしくは像面に対するフーリエ変換面に、前記絞りを配置することが好ましい。 According to this, since the area of the opening shape is kept constant and the opening shape is elliptical, the energy width of the charged particle beam generated by the Coulomb force can be reduced while keeping the intensity of the charged particle beam constant. As a result, chromatic aberration can be reduced, and the charged particle beam optical device is configured to guide a charged particle beam emitted from a predetermined region on the object surface to form an image on the object surface on the image surface. In this case, the spread of the charged particle beam or the spread of the image point on the image plane due to chromatic aberration can be reduced.
Here, it is preferable to dispose the stop on a Fourier transform plane with respect to an object plane or an image plane on the trajectory of the charged particle beam.

また、本発明の荷電粒子ビーム制御方法は、物面（ＯＢ）上の一方向に延在した領域（ＯＦ）から放出される荷電粒子ビームを導いて像面（ＩＭ）上に前記物面（ＯＢ）上の領域（ＯＦ）を結像させる荷電粒子ビーム制御方法において、前記荷電粒子ビームの軌道上に開口絞り（ＡＳ）を配置し、該開口絞り（ＡＳ）の開口形状の面積を一定に保ちながら前記物面（ＯＢ）上の領域（ＯＦ）が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形にして前記荷電粒子ビームの一部を通過させ、前記領域（ＯＦ）が延在する方向の前記領域（ＯＦ）の端部の一点から放出された前記荷電粒子ビームが、前記像面（ＩＭ）上において、前記領域（ＯＦ）の像（ＩＦ）が延在する方向とこの方向に直交する方向にそれぞれ略等しい大きさの収差による拡がりを有するように、前記開口形状の楕円形の長軸と短軸の比を調整する構成を採用できる。   Further, the charged particle beam control method of the present invention guides a charged particle beam emitted from a region (OF) extending in one direction on the object surface (OB) to guide the object surface (IM) onto the image surface (IM). OB) In the charged particle beam control method for imaging the region (OF), an aperture stop (AS) is arranged on the trajectory of the charged particle beam, and the area of the aperture shape of the aperture stop (AS) is made constant. While maintaining, an elliptical shape having a major axis in a direction orthogonal to the direction in which the region (OF) on the object surface (OB) extends passes a part of the charged particle beam, and the region (OF) extends. The charged particle beam emitted from one point of the end of the region (OF) in the existing direction has a direction in which the image (IF) of the region (OF) extends on the image plane (IM). Due to aberrations of approximately the same size in the direction perpendicular to the direction To have a rising, you can adopt a configuration for adjusting the ratio of the major and minor axes of the ellipse of the opening shape.

これによれば、開口形状の面積を一定に保って開口形状を楕円形にするので、荷電粒子ビームの強度を一定に保つことができる。そして、前記領域の像が延在する方向に直交する方向における荷電粒子ビームの前記像面上の単色収差による拡がりに対して、前記領域の像が延在する方向における荷電粒子ビームの拡がりを低減できる。一般に、単色収差による荷電粒子ビームの子午面方向の拡がりは、サジタル面方向の拡がりよりも大きい。像面上での像が一方向に延在している場合には、像が延在する方向と子午面方向とは概ね一致するから、上記楕円形の開口形状によって、像が延在する方向の単色収差によるビームの拡がりを低減すれば、子午面方向のビームの拡がりも低減し、サジタル面方向のビームの拡がりとのアンバランスを解消できる。
したがって、専ら子午面方向のビームの拡がりによって決定されていた解像度を子午面方向のビームの拡がりの減少とともに向上させることができる。 According to this, since the opening shape is made elliptical while keeping the area of the opening shape constant, the intensity of the charged particle beam can be kept constant. Then, the spread of the charged particle beam in the direction in which the image of the region extends is reduced with respect to the spread of the charged particle beam in the direction orthogonal to the direction in which the image of the region extends in the image plane. it can. In general, the spread in the meridional direction of the charged particle beam due to monochromatic aberration is larger than the spread in the sagittal plane direction. When the image on the image plane extends in one direction, the direction in which the image extends and the meridional direction generally coincide with each other. If the beam spread due to the monochromatic aberration is reduced, the beam spread in the meridian plane direction can also be reduced, and the unbalance with the beam spread in the sagittal plane direction can be eliminated.
Therefore, it is possible to improve the resolution, which has been determined exclusively by the beam expansion in the meridional direction, with a decrease in the beam expansion in the meridional direction.

また、本発明は、荷電粒子源（１０）からの一次の荷電粒子ビーム（Ｂ１）を物面（ＯＢ）上の物体（４）の所定領域（ＯＦ）に照射する一次光学系（１１）と、前記一次の荷電粒子ビーム（Ｂ１）の照射により前記物体（４）から放出される電子を二次の荷電粒子ビーム（Ｂ２）として検出面に集束させる二次光学系（２０）と、前記検出面に配置され、前記検出面に集束された前記二次の荷電粒子ビーム（Ｂ２）の電子を検出して前記物体（４）を撮像する撮像装置（３０）とを備えてなる物体検査装置であって、本発明の第一から第四の態様のいずれか一つの態様の荷電粒子ビーム光学装置（２）を備えていることを特徴とする物体検査装置を提供できる。
このような構成としたことにより、物体を検査する際の解像度を向上することができる。 The present invention also provides a primary optical system (11) for irradiating a predetermined region (OF) of an object (4) on an object surface (OB) with a primary charged particle beam (B1) from a charged particle source (10). A secondary optical system (20) for focusing electrons emitted from the object (4) by irradiation of the primary charged particle beam (B1) on a detection surface as a secondary charged particle beam (B2), and the detection An object inspection apparatus comprising: an imaging device (30) disposed on a surface and detecting an electron of the secondary charged particle beam (B2) focused on the detection surface to image the object (4) An object inspection apparatus comprising the charged particle beam optical apparatus (2) according to any one of the first to fourth aspects of the present invention can be provided.
With such a configuration, it is possible to improve the resolution when inspecting an object.

また、本発明は、荷電粒子源（１０）からの一次の荷電粒子ビーム（Ｂ１）を物面（ＯＢ）上の物体（４）の所定領域（ＯＦ）に照射する荷電粒子ビーム照射工程と、前記一次の荷電粒子ビーム（Ｂ１）の照射により前記物体（４）から得られる電子を二次の荷電粒子ビーム（Ｂ２）として検出面に集束させる二次ビーム集束工程と、前記検出面に集束された前記二次の荷電粒子ビーム（Ｂ２）の電子を検出して前記物体（４）を撮像する撮像工程とを有する物体検査方法であって、第一から第三の態様のいずれか一つの態様の荷電粒子ビーム制御方法を用いることを特徴とする物体検査方法を提供できる。
本発明により、物体を検査する際の解像度を向上することができる。 The present invention also includes a charged particle beam irradiation step of irradiating a predetermined region (OF) of an object (4) on an object surface (OB) with a primary charged particle beam (B1) from a charged particle source (10); A secondary beam focusing step of focusing the electrons obtained from the object (4) by irradiation of the primary charged particle beam (B1) on the detection surface as a secondary charged particle beam (B2); An object inspection method comprising: an imaging step of detecting an electron of the secondary charged particle beam (B2) to image the object (4), wherein any one of the first to third aspects It is possible to provide an object inspection method using the charged particle beam control method.
According to the present invention, the resolution when inspecting an object can be improved.

また、本発明は、上述の物体検査装置を用いて検査されることを特徴とする半導体素子を提供できる。また、本発明は、上述の物体検査方法を用いて検査されることを特徴とする半導体素子を提供できる。   In addition, the present invention can provide a semiconductor element characterized by being inspected using the above-described object inspection apparatus. In addition, the present invention can provide a semiconductor element characterized by being inspected using the object inspection method described above.

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。
本発明によれば、荷電粒子ビーム光学系により導かれる荷電粒子ビームの軌道上に、荷電粒子ビームの一部を通過させる楕円形に形成された開口形状を有しているので、荷電粒子ビームの電流値が同じでも、最終的に得られる荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くすることができ、色収差を低減することができる。 The present invention has the following effects.
According to the present invention, the charged particle beam trajectory guided by the charged particle beam optical system has an elliptical shape that allows a part of the charged particle beam to pass therethrough. Even if the current value is the same, the energy width of the finally obtained charged particle beam can be narrowed, and chromatic aberration can be reduced.

また、本発明によれば、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上にこの領域を結像させる荷電粒子ビーム光学系が、荷電粒子ビームの軌道上に、荷電粒子ビームの一部を通過させる開口絞りを有し、この開口絞りが、物面上の領域が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形の開口形状を有しているので、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くすることができ、色収差を低減することができる。   Further, according to the present invention, there is provided a charged particle beam optical system that guides a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface and forms an image of the region on the image surface. An aperture stop that allows a part of the charged particle beam to pass through on the orbit has an elliptical aperture shape with a major axis in a direction perpendicular to the direction in which the region on the object surface extends. Therefore, the energy width of the charged particle beam can be narrowed, and chromatic aberration can be reduced.

また、本発明によれば、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上にこの領域を結像させる荷電粒子ビーム光学系が、荷電粒子ビームの軌道上に、荷電粒子ビームの一部を通過させる開口絞りを有し、この開口絞りが、物面上の領域が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形の開口形状を有し、その楕円形の長軸と短軸の比は、荷電粒子ビームが、領域の像が延在する方向とこの方向に直交する方向に略等しい大きさの収差による拡がりを有するように設定されているので、荷電粒子ビーム光学装置の解像度を向上させることができる。   Further, according to the present invention, there is provided a charged particle beam optical system that guides a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface and forms an image of the region on the image surface. An aperture stop that allows a part of the charged particle beam to pass through on the orbit has an elliptical aperture shape with a major axis in a direction perpendicular to the direction in which the region on the object surface extends. The ratio of the major axis to the minor axis of the ellipse is set so that the charged particle beam has a spread due to an aberration having a size approximately equal to the direction in which the image of the region extends and the direction orthogonal to this direction. Therefore, the resolution of the charged particle beam optical device can be improved.

また、本発明によれば、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上にこの領域を結像させる荷電粒子ビーム光学系が、荷電粒子ビームの軌道上の物面もしくは像面に対するフーリエ変換面に、荷電粒子ビームの一部を通過させる開口絞りを有し、この開口絞りの開口形状は、集束される前記荷電粒子ビームが前記像面上で有する単色収差によるＸ軸方向における拡がりδｘ、及びＹ軸方向における拡がりδｙのそれぞれの値が、Ｘ軸方向における領域の像の端部の位置で略等しくなるように、αxとαyの比を所定の値にする形状に形成されているので、荷電粒子ビーム光学装置の解像度を向上させることができる。   Further, according to the present invention, there is provided a charged particle beam optical system that guides a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface and forms an image of the region on the image surface. An aperture stop that allows a part of the charged particle beam to pass through is provided on the object plane on the orbit or the Fourier transform plane with respect to the image plane. The aperture shape of the aperture stop is such that the charged particle beam to be focused is on the image plane. The ratio of αx and αy is set so that the respective values of the spread δx in the X-axis direction and the spread δy in the Y-axis direction due to the monochromatic aberration have substantially the same at the position of the edge of the image in the region in the X-axis direction. Therefore, the resolution of the charged particle beam optical apparatus can be improved.

また、本発明にによれば、荷電粒子ビームの軌道上に配置され、開口形状によってこの荷電粒子ビームの一部を通過させ、この開口形状が楕円形に形成されているので、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くすることができる。   In addition, according to the present invention, the charged particle beam is arranged on the trajectory of the charged particle beam, and a part of the charged particle beam is allowed to pass through the aperture shape. The energy width can be narrowed.

また、本発明によれば、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に物面上の領域を結像させ、荷電粒子ビームの軌道上に絞りを配置し、該絞りの開口形状の面積を一定に保ちながらこの開口形状を楕円形にして荷電粒子ビームの一部を通過させるので、荷電粒子ビームの強度を一定に保ちながら、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くすることができる。   Further, according to the present invention, a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface is guided to form an image of the region on the object surface on the image surface, and on the trajectory of the charged particle beam. An aperture is arranged, and the aperture shape is made elliptical while keeping the area of the aperture shape of the aperture constant, and a part of the charged particle beam is allowed to pass therethrough. The energy width of can be reduced.

また、本発明によれば、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に前記物面上の領域を結像させ、荷電粒子ビームの軌道上に開口絞りを配置し、該開口絞りの開口形状の面積を一定に保ちながら物面上の領域が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形にして荷電粒子ビームの一部を通過させるので、荷電粒子ビームの強度を一定に保ちながら、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くすることができる。   Further, according to the present invention, a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface is guided to form an image on the object surface on the image surface, and the charged particle beam on the trajectory. A part of the charged particle beam is made into an ellipse having a major axis in a direction orthogonal to the direction in which the region on the object surface extends while keeping the area of the aperture shape of the aperture stop constant. Since it is allowed to pass, the energy width of the charged particle beam can be reduced while keeping the intensity of the charged particle beam constant.

また、本発明によれば、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に前記物面上の領域を結像させ、荷電粒子ビームの軌道上に開口絞りを配置し、該開口絞りの開口形状の面積を一定に保ちながら物面上の領域が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形にして荷電粒子ビームの一部を通過させ、領域の像が延在する方向におけるこの像の端部に集束される前記荷電粒子ビームが、領域の像が延在する方向とこの方向に直交する方向にそれぞれ略等しい大きさの収差による拡がりを有するように、開口形状の楕円形の長軸と短軸の比を調整するので、荷電粒子ビーム光学装置の解像度を向上させることができる。   Further, according to the present invention, a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface is guided to form an image on the object surface on the image surface, and the charged particle beam on the trajectory. A part of the charged particle beam is made into an ellipse having a major axis in a direction orthogonal to the direction in which the region on the object surface extends while keeping the area of the aperture shape of the aperture stop constant. The charged particle beam that passes through and is focused on the edge of the image in the direction in which the image of the region extends is approximately equal in magnitude in the direction in which the image of the region extends and in the direction perpendicular to this direction. The ratio of the major axis to the minor axis of the elliptical shape of the opening is adjusted so that the resolution of the charged particle beam optical apparatus can be improved.

また、本発明によれば、物体を検査する際の解像度を向上することができる。   Further, according to the present invention, it is possible to improve the resolution when inspecting an object.

以下、図面を参照して本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム光学装置と、それを用いた物体検査装置について詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態による物体検査装置の構成を示す図である。なお、以下の説明においては、図１中に示されたＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ座標系を参照しつつ各部材の位置関係について説明する。図１に示したＸＹＺ直交座標系では、試料の物体面内にＸＹ平面を設定し、試料の物体面の法線方向をＺ軸方向に設定してある。図１中のＸＹＺ座標系は、実際にはＸＹ平面が水平面に平行な面に設定され、Ｚ軸が鉛直下方向に設定される。   Hereinafter, a charged particle beam optical apparatus according to an embodiment of the present invention and an object inspection apparatus using the same will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an object inspection apparatus according to an embodiment of the present invention. In the following description, the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1 is set, and the positional relationship of each member will be described with reference to this XYZ coordinate system. In the XYZ orthogonal coordinate system shown in FIG. 1, the XY plane is set in the object plane of the sample, and the normal direction of the sample object plane is set in the Z-axis direction. In the XYZ coordinate system in FIG. 1, the XY plane is actually set to a plane parallel to the horizontal plane, and the Z-axis is set vertically downward.

本実施形態の物体検査装置は、主として荷電粒子ビームとしての電子ビームを一次ビームＢ１（一次の荷電粒子ビーム）として試料４（物体）に導くための一次コラム１と、電子ビームを試料に照射した際に得られる二次電子を二次ビームＢ２（二次の荷電粒子ビーム）として検出装置３０の検出面に集束させるための本発明に係る荷電粒子ビーム光学装置としての二次コラム２と、観測対象である試料４を収容するチャンバー３とから構成されている。一次コラム１の光軸は、Ｚ軸に対して斜方向に設定され、二次コラム２の光軸はＺ軸とほぼ平行に設定される。よって、一次コラム１から二次コラム２へは、一次ビームＢ１が斜方向から入射する。一次コラム１、二次コラム２、及びチャンバー３には、真空排気系（図示省略）が繋がっており、真空排気系が備えるターボポンプ等の真空ポンプにより排気されており、これらの内部は、真空状態に維持されるようになっている。   The object inspection apparatus according to the present embodiment mainly irradiates a sample with a primary column 1 for guiding an electron beam as a charged particle beam to a sample 4 (object) as a primary beam B1 (primary charged particle beam), and the sample. Secondary column 2 as a charged particle beam optical device according to the present invention for focusing secondary electrons obtained at the time as a secondary beam B2 (secondary charged particle beam) on the detection surface of the detection device 30, and observation It is comprised from the chamber 3 which accommodates the sample 4 which is object. The optical axis of the primary column 1 is set in an oblique direction with respect to the Z axis, and the optical axis of the secondary column 2 is set substantially parallel to the Z axis. Therefore, the primary beam B1 enters the secondary column 2 from the oblique direction from the primary column 1. The primary column 1, the secondary column 2, and the chamber 3 are connected to an evacuation system (not shown), and evacuated by a vacuum pump such as a turbo pump provided in the evacuation system. It is designed to be maintained in a state.

一次コラム１内部には、熱電子放出型の電子銃１０が設けられており、この電子銃１０から照射される電子ビームの光軸上に一次光学系１１が配置されている。ここで、電子銃１０のカソードとしては、例えば矩形陰極で大電流を取出すことができるランタンヘキサボライト（LaB6）を用いることが好ましい。一次光学系１１は、視野絞りＦＳ１、照射レンズ１２，１３，１４、アライナ１５，１６、アパーチャ１７等で構成されている。ここで、照射レンズ１２，１３，１４は電子レンズであり、例えば円形レンズ、４極子レンズ、８極子レンズ等が用いられる。一次光学系１１が備える照射レンズ１２，１３，１４の一次ビームＢ１に対する収束特性は、印加する電圧値により変化する。なお、照射レンズ１２，１３，１４は、ユニポテンシャルレンズ、またはアインツェルレンズと称される回転軸対称型のレンズであってもよい。   Inside the primary column 1, a thermionic emission type electron gun 10 is provided, and a primary optical system 11 is disposed on the optical axis of the electron beam emitted from the electron gun 10. Here, as the cathode of the electron gun 10, for example, it is preferable to use lanthanum hexabolite (LaB6) capable of taking out a large current with a rectangular cathode. The primary optical system 11 includes a field stop FS1, irradiation lenses 12, 13, and 14, aligners 15 and 16, an aperture 17, and the like. Here, the irradiation lenses 12, 13, and 14 are electronic lenses, and for example, a circular lens, a quadrupole lens, an octupole lens, or the like is used. Convergence characteristics of the irradiation lenses 12, 13, and 14 included in the primary optical system 11 with respect to the primary beam B1 vary depending on the applied voltage value. The irradiation lenses 12, 13, and 14 may be rotationally symmetric lenses called unipotential lenses or Einzel lenses.

二次コラム２内には、本発明に係る荷電粒子ビーム光学系としての二次光学系２０が配置されている。二次光学系２０は、試料４に一次ビームＢ１を照射した際に、物面としての試料表面から生じる二次電子を二次ビームＢ２として導き、像面としての検出装置３０の検出面に集束させる荷電粒子ビーム光学系からなり、試料４側から−Ｚ方向へ順に、カソードレンズ２１、アライナ２２、本発明に係る荷電粒子ビーム光学装置の絞りとしての開口絞りＡＳ、ウィーンフィルタ２３、スチグメータ２４、結像レンズ前群２５、第２アライナ２６、スチグメータ２７、視野絞りＦＳ２、結像レンズ後群２８が配置されて構成されている。そして、二次ビームＢ２の最下流側の検出装置３０に臨む側には、二次ビームＢ２を偏向させるためのビーム偏向装置Ａが設けられている。   A secondary optical system 20 as a charged particle beam optical system according to the present invention is disposed in the secondary column 2. When the sample 4 is irradiated with the primary beam B1, the secondary optical system 20 guides secondary electrons generated from the sample surface as the object surface as the secondary beam B2, and focuses it on the detection surface of the detection device 30 as the image surface. A charged particle beam optical system, and in order from the sample 4 to the -Z direction, a cathode lens 21, an aligner 22, an aperture stop AS as a stop of the charged particle beam optical apparatus according to the present invention, a Wien filter 23, a stigmator 24, The imaging lens front group 25, the second aligner 26, the stigmator 27, the field stop FS2, and the imaging lens rear group 28 are arranged. A beam deflecting device A for deflecting the secondary beam B2 is provided on the side facing the most downstream detection device 30 of the secondary beam B2.

ここで、二次光学系２０が備える開口絞りＡＳは、物面としての試料４の表面に対するフーリエ変換面に開口形状を有しており、この開口形状は、Ｘ軸方向に短軸、Ｘ軸方向に直交するＹ軸方向に長軸を有する楕円形に形成されている。一方、視野絞りＦＳ２は、カソードレンズ２１と結像レンズ前群２５に関して、試料４の表面と共役な位置関係に設定されている。また、二次光学系２０の主にカソードレンズ２１、結像レンズ前群２５、及び結像レンズ後群２８は、ユニポテンシャルレンズ、またはアインツェルレンズと称される回転軸対称型のレンズとされている。   Here, the aperture stop AS provided in the secondary optical system 20 has an aperture shape in the Fourier transform plane with respect to the surface of the sample 4 as the object surface, and this aperture shape is a short axis in the X-axis direction and an X-axis. It is formed in an elliptical shape having a major axis in the Y-axis direction orthogonal to the direction. On the other hand, the field stop FS2 is set in a positional relationship conjugate with the surface of the sample 4 with respect to the cathode lens 21 and the imaging lens front group 25. In addition, the cathode lens 21, the imaging lens front group 25, and the imaging lens rear group 28 of the secondary optical system 20 are mainly rotationally symmetric lenses called unipotential lenses or Einzel lenses. ing.

これら一次光学系１０、二次光学系２０の各部に供給される電圧、電流値等の値は、主制御系５によって制御されるようになっている。すなわち、主制御系５は、一次光学系制御部５１、二次光学系制御部５２のそれぞれに制御信号を出力し、一次光学系１０と二次光学系２０の光学特性の制御等を行うものとされている。   Values such as a voltage and a current value supplied to each part of the primary optical system 10 and the secondary optical system 20 are controlled by the main control system 5. That is, the main control system 5 outputs control signals to the primary optical system control unit 51 and the secondary optical system control unit 52, respectively, and controls the optical characteristics of the primary optical system 10 and the secondary optical system 20. It is said that.

二次光学系２０によって検出面上に結像された二次ビームＢ２を検出する検出装置３０は、電子を増幅するためのＭＣＰ３０ａと、電子を光に変換するための蛍光板３０ｂとを有し、さらに、蛍光板３０ｂによって変換された光の信号を伝達するオプティカルファイバからなるＦＯＰ３１が設けられ、このＦＯＰ３１を介して光の信号がＴＤＩセンサを搭載したカメラ３２に入射するように構成されている。また、カメラ３２には、主制御系５に制御されるコントロールユニット３３が接続されている。コントロールユニット３３は、ＴＤＩセンサに画像電荷を蓄積するためのクロック信号を与えるとともに、カメラ３２から画像信号をシリアルに読み出し、順次主制御系５へ出力し、記憶装置５３に画像データとして蓄積されるように構成されている。なお、コントロールユニット３３から主制御系５へ出力される画像信号をＣＲＴ（Cathod Ray Tube）等の表示装置へ表示させれば試料４の像は表示装置へ表示されることになる。主制御系５は、こうしてコントロールユニット３３から出力される画像信号に対して、例えばテンプレートマッチング等の画像処理を行って試料４の欠陥の有無を判断するように設けられている。   The detection device 30 for detecting the secondary beam B2 imaged on the detection surface by the secondary optical system 20 has an MCP 30a for amplifying electrons and a fluorescent plate 30b for converting the electrons into light, Further, an FOP 31 made of an optical fiber that transmits the light signal converted by the fluorescent plate 30b is provided, and the light signal is incident on the camera 32 equipped with the TDI sensor via the FOP 31. The camera 32 is connected to a control unit 33 controlled by the main control system 5. The control unit 33 gives a clock signal for accumulating image charges to the TDI sensor, reads serially the image signals from the camera 32, sequentially outputs them to the main control system 5, and accumulates them as image data in the storage device 53. It is configured as follows. If the image signal output from the control unit 33 to the main control system 5 is displayed on a display device such as a CRT (Cathod Ray Tube), the image of the sample 4 is displayed on the display device. The main control system 5 is provided so as to determine the presence / absence of a defect in the sample 4 by performing image processing such as template matching on the image signal output from the control unit 33 in this way.

また、チャンバー３の内部には、試料４を載置した状態でＸＹ平面内で移動自在に構成されたＸＹステージ３８が配置されている。ＸＹステージ３８上の一端には、Ｌ字型の移動鏡３９が取り付けられ、移動鏡３９の鏡面に対向した位置にレーザ干渉計４０が配置されている。レーザ干渉計４０は、 移動鏡３９からのレーザーの反射光を用いて、ＸＹステージ３８のＸ座標とＹ座標、ならびに、ＸＹ平面内における回転角を計測するように構成されており、この計測結果は、主制御系５に出力され、主制御系５は、この計測結果に基づいて駆動装置４１に対して制御信号を出力し、ＸＹステージ３８のＸＹ平面内における位置を制御する。主制御系５は、さらに、送光系３７ａ及び受光系３７ｂからなるＺセンサに制御信号を出力し、試料４のＺ軸方向における位置座標を計測する。図示は省略しているが、Ｚ軸方向における位置座標を計測に基づきＸＹステージ３８以外に試料４のＺ軸方向の位置を変化させるＺステージや、試料４の物体面のＸＹ平面に対する傾斜を制御するチルトステージを設けることが好ましい。   An XY stage 38 configured to be movable in the XY plane with the sample 4 placed thereon is disposed inside the chamber 3. An L-shaped moving mirror 39 is attached to one end on the XY stage 38, and a laser interferometer 40 is disposed at a position facing the mirror surface of the moving mirror 39. The laser interferometer 40 is configured to measure the X and Y coordinates of the XY stage 38 and the rotation angle in the XY plane using the laser reflected light from the movable mirror 39. Is output to the main control system 5, and the main control system 5 outputs a control signal to the driving device 41 based on the measurement result, and controls the position of the XY stage 38 in the XY plane. The main control system 5 further outputs a control signal to the Z sensor composed of the light transmission system 37a and the light receiving system 37b, and measures the position coordinates of the sample 4 in the Z-axis direction. Although not shown, based on the measurement of the position coordinates in the Z-axis direction, the Z stage for changing the position of the sample 4 in the Z-axis direction other than the XY stage 38 and the inclination of the object surface of the sample 4 with respect to the XY plane are controlled. It is preferable to provide a tilt stage.

また、図において４２は、試料４に対して負の電圧を設定する可変電源であり、試料４の設定電圧は、主制御系５によって制御される。ここで、試料４を負の電圧に設定するのは、一次ビームＢ１を試料４に照射したときに放出される二次電子を二次ビームＢ２として第１前段レンズ２１の方向、つまり、−Ｚ方向へ加速させるためである。   In the figure, reference numeral 42 denotes a variable power source that sets a negative voltage with respect to the sample 4, and the set voltage of the sample 4 is controlled by the main control system 5. Here, the sample 4 is set to a negative voltage because the secondary electrons emitted when the sample 4 is irradiated with the primary beam B1 is set as the secondary beam B2 in the direction of the first front lens 21, that is, −Z. This is to accelerate in the direction.

本実施の形態による物体検査装置は、上述の構成を備えており、次に、この物体検査装置を用いて試料４の欠陥検査をする本発明に係る物体検査方法を一次ビームＢ１と二次ビームＢ２の軌道、及び開口絞りＡＳを用いた本発明に係る荷電粒子ビーム制御方法とについて述べながら詳述する。   The object inspection apparatus according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the object inspection method according to the present invention for inspecting the defect of the sample 4 using the object inspection apparatus is performed using the primary beam B1 and the secondary beam. The charged particle beam control method according to the present invention using the B2 trajectory and the aperture stop AS will be described in detail.

荷電粒子源としての電子銃１０からの電子ビームを一次ビームＢ１として物面上の試料（物体）の所定の照射領域（照明領域と称する場合もある）に照射するビーム照射工程（荷電粒子ビーム照射工程）を以下に述べる。まず、図２は、本発明の一実施形態による物体検査装置の一次ビームＢ１の軌道を示す図である。   Beam irradiation process (charged particle beam irradiation) in which an electron beam from an electron gun 10 as a charged particle source is irradiated as a primary beam B1 onto a predetermined irradiation region (sometimes referred to as an illumination region) of a sample (object) on an object surface (Process) is described below. First, FIG. 2 is a diagram showing the trajectory of the primary beam B1 of the object inspection apparatus according to the embodiment of the present invention.

ここで、図では理解を容易にするため、一次光学系１１が備える部材の一部の図示を省略している。電子銃１０から放出された一次ビームＢ１は、図に示すように照射レンズ１２，１３，１４によって形成された電場の影響を受けて集束、あるいは発散される。ここで、電子銃１０が有する矩形形状のカソードの長軸方向をｘ軸方向に設定し、短軸方向をｙ軸方向に設定すると、矩形陰極のｘ軸方向断面に放出された電子の軌道は、図において符号Ｐｘを付して示した軌道となり、矩形陰極のｙ軸方向断面に放出された電子の軌道は図において符号Ｐｙと付して示した軌道となる。   Here, in order to facilitate understanding, the illustration of some of the members included in the primary optical system 11 is omitted in the drawing. The primary beam B1 emitted from the electron gun 10 is focused or diverged under the influence of the electric field formed by the irradiation lenses 12, 13, and 14, as shown in the figure. Here, when the major axis direction of the rectangular cathode of the electron gun 10 is set to the x-axis direction and the minor axis direction is set to the y-axis direction, the trajectory of electrons emitted to the cross section of the rectangular cathode in the x-axis direction is In the figure, the trajectory is indicated by the reference symbol Px, and the trajectory of the electrons emitted to the cross section in the y-axis direction of the rectangular cathode is the trajectory indicated by the reference symbol Py in the drawing.

照射レンズ１２，１３，１４による電場の影響を受けた後、一次ビームＢ１は、斜め方向からウィーンフィルタ２３に入射する。一次ビームＢ１がウィーンフィルタ２３に入射すると、その光路がＺ軸に対して略平行な方向に偏向される。   After being affected by the electric field by the irradiation lenses 12, 13, and 14, the primary beam B1 enters the Wien filter 23 from an oblique direction. When the primary beam B1 enters the Wien filter 23, its optical path is deflected in a direction substantially parallel to the Z axis.

ここで、ウィーンフィルタ２３は、荷電粒子の進行方向によって、荷電粒子を偏向させるか直進させるかするビームセパレータである。一次光学系１０から入射される一次ビームＢ１は、ウィーンフィルタ２３によって偏向される。一方、試料４から発生した二次ビームＢ２は、ウィーンフィルタ２３の中を直進する。こうして、ウィーンフィルタ２３によって偏向された一次ビームＢ１は、第１アライナ２２を通過した後、カソードレンズ２１によるレンズ作用を受けて、物面ＯＢとしての試料４の表面を照射する。このとき、試料４上の照明領域は、Ｘ軸方向に延在した細長い長方形状の領域であり、本実施形態においては、Ｘ軸方向の長辺ＬXとＹ軸方向の短辺ＬＹとの比がＬX：ＬＹ＝４：１とされている。 Here, the Wien filter 23 is a beam separator that deflects charged particles or advances them straight depending on the traveling direction of the charged particles. The primary beam B 1 incident from the primary optical system 10 is deflected by the Wien filter 23. On the other hand, the secondary beam B <b> 2 generated from the sample 4 travels straight through the Wien filter 23. Thus, after passing through the first aligner 22, the primary beam B1 deflected by the Wien filter 23 is subjected to the lens action by the cathode lens 21, and irradiates the surface of the sample 4 as the object plane OB. In this case, the illumination area on the specimen 4 is an elongated rectangular area extending in the X-axis direction, in the present embodiment, the short side L Y of the long sides L X and Y-axis direction of the X-axis direction The ratio is L X : L Y = 4: 1.

一次ビームＢ１の照射により試料４から得られる二次電子を、二次ビームＢ２として本発明に係る荷電粒子ビーム制御方法を用いて検出装置３０の検出面に集束させるビーム写像工程（二次ビーム集束工程）を以下に述べる。まず、試料４に一次ビームＢ１が照射されると、試料４から、試料４の表面形状、材質分布、電位の変化等に応じた分布の二次電子が得られる。この二次電子を二次ビームＢ２として試料４の表面状態の検査を行う。図３は、本発明の一実施形態による物体検査装置の二次ビームＢ２の軌道を示す図である。ここで、図では、理解を容易にするため、二次光学系２０が備える部材の一部の図示を省略している。試料４から発生した二次電子のエネルギーは低く、０．５〜２ｅＶ程度である。この二次電子を二次ビームＢ２としてカソードレンズ２１で加速する。二次ビームＢ２は、続いて第１アライナ２２、開口絞りＡＳ、ウィーンフィルタ２３を順に通過する。ウィーンフィルタ２３を通過した二次ビームＢ２は、結像レンズ前群２５によって収束され、試料４の像が視野絞りＦＳ２の位置に結像される。視野絞りＦＳ２を通過した二次ビームＢ２は、結像レンズ後群２８によって再度収束されて検出装置３０の検出面に試料４の照明領域のおよそ１００倍に近い拡大像が結像される。   A beam mapping process (secondary beam focusing) in which secondary electrons obtained from the specimen 4 by irradiation of the primary beam B1 are focused on the detection surface of the detection apparatus 30 as the secondary beam B2 using the charged particle beam control method according to the present invention. (Process) is described below. First, when the sample 4 is irradiated with the primary beam B1, secondary electrons having a distribution corresponding to the surface shape, material distribution, potential change, and the like of the sample 4 are obtained from the sample 4. The surface state of the sample 4 is inspected using the secondary electrons as the secondary beam B2. FIG. 3 is a diagram showing the trajectory of the secondary beam B2 of the object inspection apparatus according to the embodiment of the present invention. Here, in the figure, in order to facilitate understanding, illustration of some of the members included in the secondary optical system 20 is omitted. The energy of secondary electrons generated from the sample 4 is low, about 0.5 to 2 eV. The secondary electrons are accelerated by the cathode lens 21 as a secondary beam B2. Subsequently, the secondary beam B2 passes through the first aligner 22, the aperture stop AS, and the Wien filter 23 in this order. The secondary beam B2 that has passed through the Wien filter 23 is converged by the imaging lens front group 25, and the image of the sample 4 is formed at the position of the field stop FS2. The secondary beam B <b> 2 that has passed through the field stop FS <b> 2 is converged again by the imaging lens rear group 28, and an enlarged image close to about 100 times the illumination area of the sample 4 is formed on the detection surface of the detection device 30.

二次ビームＢ２の電子を検出して検出面上に結像された試料４の拡大像を撮像する撮像工程は、以下のように行われる。まず、試料４は、その位置が随時レーザ干渉計４０により主制御系５に把握されながら、主制御系５が制御する駆動装置４１によりＹ軸正方向に移動させられる。試料４の位置の情報をもとに、主制御系５に制御された検出装置３０から試料４の画像データの収集が行われる。例えば、図３に示すように、図中Ｑ１で示される位置において試料４上の所定の物点から二次電子が放出され、二次ビームＢ２として検出装置３０の検出面上のＰ１で示される位置に結像されるとすると、この点は、試料４の移動とともに検出面上を移動し、試料４上で二次電子を放出する位置が図中Ｑ２で示される位置に到達したとき、検出面上のＰ２で示される位置まで移動する。この間、カメラ３２に搭載されたＴＤＩセンサは、図１５及び図１６に示す如く画像電荷を蓄積する。こうして蓄積された画像データが主制御系５に読み出され、記憶装置５３に蓄えられる。   The imaging process for detecting the electrons of the secondary beam B2 and capturing an enlarged image of the sample 4 formed on the detection surface is performed as follows. First, the sample 4 is moved in the positive direction of the Y axis by the drive device 41 controlled by the main control system 5 while the position of the sample 4 is grasped by the main control system 5 by the laser interferometer 40 as needed. Based on the position information of the sample 4, image data of the sample 4 is collected from the detection device 30 controlled by the main control system 5. For example, as shown in FIG. 3, secondary electrons are emitted from a predetermined object point on the sample 4 at a position indicated by Q1 in the figure, and are indicated by P1 on the detection surface of the detection apparatus 30 as a secondary beam B2. Assuming that an image is formed at a position, this point moves on the detection surface as the sample 4 moves, and is detected when the position where the secondary electrons are emitted on the sample 4 reaches the position indicated by Q2 in the figure. Move to the position indicated by P2 on the surface. During this time, the TDI sensor mounted on the camera 32 accumulates image charges as shown in FIGS. The image data stored in this way is read out to the main control system 5 and stored in the storage device 53.

ところで、本発明の実施形態による物体検査装置は、試料４上の照明領域が一方向（Ｘ軸方向）に延在しているため、像面上（検出面上）における像のＸ軸方向の端部での単色収差による二次ビームＢ２の拡がりが大きく、像点がぼける。   By the way, in the object inspection apparatus according to the embodiment of the present invention, since the illumination area on the sample 4 extends in one direction (X-axis direction), the X-axis direction of the image on the image plane (on the detection plane) The spread of the secondary beam B2 due to monochromatic aberration at the end is large, and the image point is blurred.

このため、ビーム写像工程は、照明領域が延在する方向に直交する方向のＹ軸方向に長軸を有する楕円形の開口形状を有した開口絞りＡＳを用いた荷電粒子ビーム制御方法を用いて行なわれる。   For this reason, the beam mapping process uses a charged particle beam control method using an aperture stop AS having an elliptical aperture shape having a major axis in the Y-axis direction perpendicular to the direction in which the illumination region extends. Done.

図４は、開口絞りＡＳを有した二次光学系２０による荷電粒子ビーム制御方法を説明するための概略図である。図において、符号ＯＢは物面としての試料４の表面、ＮＡは開口絞りＡＳの開口形状が形成される物面ＯＢのフーリエ変換面、ＩＭは像面としての検出面を示し、図中、物面ＯＢ、フーリエ変換面ＮＡ、像面ＩＭには、参考のために、それぞれＸ軸方向、Ｙ軸方向と同じ向きで、しかも同じスケールを有した固有の座標軸Ｘo−Ｙo、ＸＮＡ−ＹＮＡ、Ｘi−Ｙiが記載されている。図には、楕円形の開口形状を有した開口絞りＡＳに対して、比較のため、円形の開口形状を有した開口絞りＡＳ０が破線で示されている。なお、図中、二次光学系２０を構成する部材は簡略化のため概ね省かれて描かれており、例えば、カソードレンズ２１、結像レンズ前群２５、結像レンズ後群２８は、それぞれ符号Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３によって示されている。 FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a charged particle beam control method by the secondary optical system 20 having the aperture stop AS. In the figure, symbol OB represents the surface of the sample 4 as an object surface, NA represents a Fourier transform surface of the object surface OB on which the aperture shape of the aperture stop AS is formed, and IM represents a detection surface as an image surface. surface OB, Fourier transform plane NA, the image plane IM, for reference, X-axis direction, respectively, in the same direction as the Y-axis direction, yet specific coordinate axis X o -Y o having the same scale, X NA - Y NA and X i -Y i are described. In the figure, the aperture stop AS0 having a circular aperture shape is indicated by a broken line for comparison with the aperture stop AS having an elliptical aperture shape. In the figure, the members constituting the secondary optical system 20 are generally omitted for the sake of simplicity. For example, the cathode lens 21, the imaging lens front group 25, and the imaging lens rear group 28 are respectively It is indicated by the symbols L1, L2, and L3.

図４には、一次光学系１１からの一次ビームによって照明される物面ＯＢ上の照明領域ＯＦが、二次光学系２０によって像面ＩＭ上の像ＩＦに結像される様子が示されている。ここで、照明領域ＯＦが延在するＸ軸方向における照明領域ＯＦの端部の一点、すなわち物点Ａ（Ｘo−Ｙo座標の位置（Ａ，０））から放出された二次ビームは、像面ＩＭ上の像ＩＦが延在するＸ軸方向における像ＩＦの端部の位置Ａ’（Ｘi−Ｙi座標の位置（Ａ’，０））に集束される。また、照明領域ＯＦが延在するＸ軸方向に直交するＹ軸方向における照明領域ＯＦの端部の一点、すなわち物点Ｂ（Ｘo−Ｙo座標の位置（０，−Ｂ））から放出された二次ビームは、像面ＩＭ上の像ＩＦが延在するＸ軸方向に直交するＹ軸方向における像ＩＦの端部の位置Ｂ’（Ｘi−Ｙi座標の位置（０，−Ｂ’））に集束される。また、照明領域ＯＦの光軸上の一点、物点Ｏは、像ＩＦの光軸上の位置Ｏ’に集束される。この二次光学系２０において、フーリエ変換面ＮＡに位置する開口絞りＡＳは、物面ＯＢから放出される二次ビームＢ２の開口角を制限する。なお、この明細書中、開口絞りＡＳによって制限されるＸ軸方向及びＹ軸方向における開口角の半分の角度をαx及びαyとして表すことにする。この明細書中、これらの角度αx及びαyは、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線、つまり光束を導く光学系における主光線に相当する線、に対して試料側（物側）でなすＸ軸方向及びＹ軸方向における最大角度と称される場合もある。 FIG. 4 shows how the illumination area OF on the object plane OB illuminated by the primary beam from the primary optical system 11 is imaged on the image IF on the image plane IM by the secondary optical system 20. Yes. Here, the secondary beam emitted from one point of the end of the illumination area OF in the X-axis direction where the illumination area OF extends, that is, the object point A (the position (A, 0) of the X o -Y o coordinate) is The image IF on the image plane IM is focused on the position A ′ (X i -Y i coordinate position (A ′, 0)) at the end of the image IF in the X-axis direction in which the image IF extends. Also, emission is made from one point at the end of the illumination area OF in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction in which the illumination area OF extends, that is, an object point B (X o -Y o coordinate position (0, -B)) The secondary beam thus obtained is positioned at the position B ′ (X i -Y i coordinate position (0, −) at the end of the image IF in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction in which the image IF extends on the image plane IM. B ′)). Further, one point on the optical axis of the illumination area OF, the object point O, is focused on a position O ′ on the optical axis of the image IF. In the secondary optical system 20, the aperture stop AS located on the Fourier transform plane NA limits the aperture angle of the secondary beam B2 emitted from the object plane OB. In this specification, the half of the opening angle in the X-axis direction and the Y-axis direction limited by the aperture stop AS is expressed as α x and α y . In this specification, these angles α x and α y are defined on the sample side (object) with respect to the main charged particle beam of the secondary beam, that is, the line corresponding to the chief ray in the optical system for guiding the light beam. The maximum angle in the X-axis direction and Y-axis direction formed on the side) may be referred to.

図５は、二次光学系２０の光軸上に位置する物面ＯＢ上の物点Ｏ、ならびに照明領域ＯＦのＸ軸方向の端部に位置する物点Ａから放出される二次ビームの伝播経路を主荷電粒子及び周辺の荷電粒子線によって概略的に示す図である。この図において、図４にそれぞれ対応する部分は、同一の符号を付す。図には、開口絞りＡＳによってＸ軸方向の開口角が制限される様子が示されており、このＸ軸方向の開口角の半分の角度がαxとして示されている。Ｙ軸方向の開口角については、Ｘ軸方向の開口角と同様に考えればよく、ここでは図示しない。 FIG. 5 shows the secondary beam emitted from the object point O on the object plane OB located on the optical axis of the secondary optical system 20 and the object point A located at the end of the illumination area OF in the X-axis direction. It is a figure which shows a propagation path roughly with the main charged particle and the surrounding charged particle beam. In this figure, the parts corresponding to those in FIG. The figure shows how the aperture angle in the X-axis direction is limited by the aperture stop AS, and half the aperture angle in the X-axis direction is shown as α x . The opening angle in the Y-axis direction may be considered in the same way as the opening angle in the X-axis direction, and is not shown here.

図６は、物面ＯＢ上の照射領域ＯＦを二次ビームの進行方向から見た図である。図に示すように、照射領域ＯＦは、Ｘ軸方向に延在しており、Ｘ軸方向の長さＬXとＹ軸方向の長さＬＹの比ＬX：ＬＹは、４：１とされている。この照射領域ＯＦが二次光学系２０によって像面ＩＭ上の像ＩＦに結像される際、像面ＩＭ上の像ＩＦの各位置における３次の単色収差による二次ビームの拡がり、すなわち像点の拡がりは、Ｘ軸方向に、
δｘ＝Ａ1αX 3＋Ａ２αXαy ２＋Ａ１１αX ２Ｘ＋Ａ１２αｙ ２Ｘ＋Ａ１３αXαｙＹ＋Ａ１４αXＸ２＋Ａ１５αXＹ２＋Ａ１６αｙＸＹ＋Ａ１７Ｘ３＋Ａ１８ＸＹ２
と表され、また、Ｙ軸方向に、
δｙ＝Ｂ１αy ３＋Ｂ２αyαｘ ２＋Ｂ１１αy ２Ｙ＋Ｂ１２αｘ ２Ｙ＋Ｂ１３αyαｘＸ＋Ｂ１４αyＹ２＋Ｂ１５αyＸ２＋Ｂ１６αｘＸＹ＋Ｂ１７Ｙ３＋Ｂ１８ＹＸ２
と表される。ここで、Ｘ及びＹは、二次ビームが集束される像面ＩＭ上の位置における二次光学系２０の光軸からの距離であり、また、Ａ1、Ａ２、Ａ１１、Ａ１２、Ａ１３、Ａ１４、Ａ１５、Ａ１６、Ａ１７、Ａ１８、Ｂ1、Ｂ２、Ｂ１１、Ｂ１２、Ｂ１３、Ｂ１４、Ｂ１５、Ｂ１６、Ｂ１７、Ｂ１８はそれぞれ二次光学系２０内の荷電粒子ビームに作用する電磁場の分布に依存する係数である。二次光学系２０が光軸の回りに概ね対称である本実施形態においては、これらの係数のうち、添え字の等しいものに関して（例えばＡ１１とＢ１１）は、ＸとＹの入れ替えに対してδｘとδｙが等しくなるという対称性の要請から略同じ値となる。 FIG. 6 is a view of the irradiation region OF on the object surface OB as seen from the traveling direction of the secondary beam. As shown in the figure, the irradiation area OF extends in the X-axis direction, and the ratio L X : L Y of the length L X in the X- axis direction and the length L Y in the Y-axis direction is 4: 1. It is said that. When this irradiation area OF is imaged on the image IF on the image plane IM by the secondary optical system 20, the secondary beam expands due to the third-order monochromatic aberration at each position of the image IF on the image plane IM. The point spread is in the X-axis direction,
δx = A 1 α X 3 + A 2 α X α y 2 + A 11 α X 2 X + A 12 α y 2 X + A 13 α X α y Y + A 14 α X X 2 + A 15 α X Y 2 + A 16 α y XY + A 17 X 3 + A 18 XY 2
And in the Y-axis direction,
δy = B 1 α y 3 + B 2 α y α x 2 + B 11 α y 2 Y + B 12 α x 2 Y + B 13 α y α x X + B 14 α y Y 2 + B 15 α y X 2 + B 16 α x XY + B 17 Y 3 + B 18 YX 2
It is expressed. Here, X and Y are distances from the optical axis of the secondary optical system 20 at the position on the image plane IM where the secondary beam is focused, and A 1 , A 2 , A 11 , A 12 , A 13, A 14, A 15 , A 16, A 17, A 18, B 1, B 2, B 11, B 12, B 13, B 14, B 15, B 16, B 17, B 18 , respectively the secondary The coefficient depends on the distribution of the electromagnetic field acting on the charged particle beam in the next optical system 20. In the present embodiment in which the secondary optical system 20 is generally symmetric about the optical axis, among these coefficients (for example, A 11 and B 11 ) with respect to the same subscript, X and Y are interchanged. Therefore, δx and δy become substantially the same value due to the requirement of symmetry that they are equal.

像面ＩＭ上における３次の単色収差による二次ビームのＸ軸方向及びＹ軸方向の拡がりδｘ及びδｙを表す式から分かるように、ビームの拡がりは、光軸からの距離Ｘ及びＹに依存していて、ビームが光軸から遠い位置に集束されるほどその値が大きくなる。したがって、像ＩＦが延在するＸ軸方向の像ＩＦの端部（例えば位置Ａ’）においては、単色収差によるビームの拡がりが最も大きい。   As can be seen from the expressions representing the expansions δx and δy of the secondary beam in the X-axis direction and Y-axis direction due to third-order monochromatic aberration on the image plane IM, the beam expansion depends on the distances X and Y from the optical axis. As the beam is focused at a position farther from the optical axis, the value becomes larger. Accordingly, at the end of the image IF in the X-axis direction where the image IF extends (for example, the position A ′), the beam spread due to monochromatic aberration is the largest.

さらに、光軸回りに対称な二次光学系２０では、理解を容易にするため上記の式のうち、一般性を失う事なくＸ軸上（Ｙ＝０）における前記像面上での３次の単色収差による荷電粒子ビームの拡がりを示す項、
δｘ＝Ａ1αｘ 3＋Ａ２αｘαｙ ２＋Ａ１１αｘ 2Ｘ＋Ａ１２αｙ 2Ｘ＋Ａ１４αｘＸ2＋Ａ１７Ｘ３
δｙ＝Ｂ１αｙ ３＋Ｂ２αｙαｘ 2＋Ｂ１３αｙαｘＸ＋Ｂ１５αｙＸ2
に着目すれば、Ａ１１αｘ 2Ｘ＋Ａ１２αｙ 2Ｘ及びＢ１３αｙαｘＸの項の存在により、例えば、αｘ＝αｙの場合、Ｘ軸上のいかなる点においてもδｘ＞δｙとなることが分かる。
以上の２点から、例えば、αｘ＝αｙの場合、像ＩＦが延在するＸ軸方向の像ＩＦの端部（例えば位置Ａ’）におけるＸ軸方向へのビームの拡がりδｘが、像ＩＦ内の全ての位置における任意の方向へのビームの拡がりのうち、略最大の大きさを有しており、この値が二次光学系２０の解像度、ならびに物体検査装置全体の解像度を決定していることが分かる。 Further, in the secondary optical system 20 that is symmetric about the optical axis, the third order on the image plane on the X axis (Y = 0) without losing generality among the above formulas for easy understanding. A term indicating the spread of a charged particle beam due to monochromatic aberration of
δx = A 1 α x 3 + A 2 α x α y 2 + A 11 α x 2 X + A 12 α y 2 X + A 14 α x X 2 + A 17 X 3
δy = B 1 α y 3 + B 2 α y α x 2 + B 13 α y α x X + B 15 α y X 2
If, for example, α x = α y , δx> x at any point on the X axis due to the presence of the terms A 11 α x 2 X + A 12 α y 2 X and B 13 α y α x X. It can be seen that δy is obtained.
From the above two points, for example, when α x = α y , the beam spread δx in the X-axis direction at the end (for example, position A ′) of the image IF in the X-axis direction in which the image IF extends is Of the beam divergence in any direction at any position in the IF, it has the largest size, and this value determines the resolution of the secondary optical system 20 and the resolution of the entire object inspection apparatus. I understand that

ところで、αｘ＝αｙとなるのは、開口絞りが円形の開口形状を有する場合である。図８は、楕円形の開口形状を有する開口絞りＡＳの代わりに、図７に示すような円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を図４の破線に示す如くフーリエ変換面ＮＡに挿入した際、像面ＩＭ上の像ＩＦの位置Ａ’、Ｂ’、Ｏ’に生じる二次ビームの拡がりを示すものである。図から分かるように、光軸から遠い、像ＩＦのＸ軸方向の端部の位置Ａ’における像点のＸ軸方向の拡がりが位置Ｂ’、位置Ｏ’における像点の拡がりよりも大きくなっていることが分かる。 Incidentally, α x = α y is when the aperture stop has a circular aperture shape. FIG. 8 shows that when an aperture stop AS0 having a circular aperture shape as shown in FIG. 7 is inserted into the Fourier transform plane NA as shown by a broken line in FIG. 4 instead of the aperture stop AS having an elliptical aperture shape. It shows the expansion of the secondary beam that occurs at positions A ′, B ′, and O ′ of the image IF on the image plane IM. As can be seen from the figure, the spread in the X-axis direction of the image point at the position A ′ of the end portion in the X-axis direction of the image IF far from the optical axis is larger than the spread of the image point at the position B ′ and the position O ′. I understand that

そこで、再び、像面ＩＭ上における３次の単色収差による二次ビームの拡がりを表すδｘ及びδｙの式に着目して、これらのビームの拡がりδｘ及びδｙが、二次ビームが物側で有するＸ軸方向及びＹ軸方向における開口角の半分の角度αｘ及びαｙに依存しており、開口を大きくすればするほど、その値が大きくなることから、開口形状がＸ軸方向に短軸、Ｙ軸方向に長軸を有する楕円形に形成されていれば、δｙに対するδｘの値が低減されることが分かる。したがって、長軸と短軸の比が適切に設定された楕円形の形状に開口形状を形成し、αｘ＜αｙとなる所定のαｘとαｙの比を設定し、像ＩＦのＸ軸方向における端部の位置においてδｘ及びδｙの値が略等しくなるようにする。さらに、二次ビームＢ２全体の強度を一定に保つため、αｘとαｙの積の値を一定に保つことによって開口形状の面積を一定に保つようにして開口形状を形成する。こうして、δｘ＝δｙ、及びαｘ×αｙ一定という、αｘ及びαｙの二つのパラメータに対する二つの条件から、開口形状の楕円形の形状が一義的に決定される。もっとも、二次ビームの強度に余裕がある場合、そして、解像度をさらに向上させる必要がある場合には、δｘ又はδｙの値の最大値が所定の解像度以下の値となるように、δｘ＝δｙの条件から求められたαｘとαｙの比の値を保ちながら、αｘ及びαｙの値をさらに低下させて設定すればよい。逆に、解像度が十分高く、ビーム強度が求められる場合には、αｘとαｙの比の値を保ちながら、所定の強度が得られるまで、αｘ及びαｙの値を増加させて設定してもよい。 Therefore, paying attention again to the expressions of δx and δy representing the secondary beam spread due to the third-order monochromatic aberration on the image plane IM, these beam spreads δx and δy have the secondary beam on the object side. It depends on the angles α x and α y which are half of the opening angle in the X-axis direction and the Y-axis direction, and the larger the opening, the larger the value, so that the opening shape is a short axis in the X-axis direction. It can be seen that the value of δx with respect to δy is reduced if it is formed in an elliptical shape having a major axis in the Y-axis direction. Therefore, the aperture shape is formed in an elliptical shape in which the ratio of the major axis to the minor axis is appropriately set, and a predetermined ratio of α x and α y that satisfies α x <α y is set, and X of the image IF The values of δx and δy are made substantially equal at the end position in the axial direction. Further, in order to keep the intensity of the entire secondary beam B2 constant, the aperture shape is formed by keeping the area of the aperture shape constant by keeping the value of the product of α x and α y constant. Thus, the elliptical shape of the opening shape is uniquely determined from the two conditions for the two parameters α x and α y δx = δy and α x × α y constant. However, when there is a margin in the intensity of the secondary beam and when it is necessary to further improve the resolution, δx = δy so that the maximum value of δx or δy becomes a value equal to or less than a predetermined resolution. The values of α x and α y may be further lowered while maintaining the value of the ratio of α x and α y obtained from the above conditions. Conversely, the resolution is sufficiently high, when the beam intensity is required, while maintaining the value of the ratio of alpha x and alpha y, until a predetermined strength can be obtained, increasing the value of alpha x and alpha y by setting May be.

このように決定された楕円形の開口形状を有する開口絞りＡＳを図９に示す。
図には、物面ＯＢ上の領域が延在するＸ軸方向に直交するＹ軸方向に長軸を有する楕円形の開口形状が示されている。図１０は、楕円形の開口形状を有する開口絞りＡＳを、図６に示す如くフーリエ変換面ＮＡに挿入した際、像面ＩＭ上の像ＩＦの位置Ａ’、Ｂ’、Ｏ’に生じる二次ビームの拡がりを示すものである。図から、像ＩＦのＸ軸方向の端部の位置Ａ’における二次ビームが、像ＩＦが延在するＸ軸方向と、この方向に直交する方向とに、それぞれ略等しい大きさの単色収差による拡がりを有していることが分かる。 FIG. 9 shows an aperture stop AS having an elliptical aperture shape determined in this way.
In the figure, an elliptical opening shape having a major axis in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction in which the region on the object plane OB extends is shown. FIG. 10 is a diagram showing the two cases that occur at positions A ′, B ′, and O ′ of the image IF on the image plane IM when the aperture stop AS having an elliptical aperture shape is inserted into the Fourier transform plane NA as shown in FIG. It shows the expansion of the next beam. From the figure, the monochromatic aberration of the secondary beam at the position A ′ at the end of the image IF in the X-axis direction is approximately equal in the X-axis direction in which the image IF extends and in the direction orthogonal to this direction. It can be seen that there is an expansion due to.

図１１は、位置Ａ’に集束される二次ビーム内の各荷電粒子線が、一点に集束されず、二次ビームが位置Ａ’の周りに拡がりを有している状態を示す図である。図１１（ａ）は、Ｙi＝０のときのＸi＝Ａ’を中心としたＸ軸方向の二次ビームの拡がりを示す図であり、縦軸はＸi軸、横軸は位置Ａ’に入射する主荷電粒子線と二次ビーム内の各荷電粒子線とがなす角度を示す。±Ｕ0は、図４及び図７に示すようなαx＝αyとなる円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を用いた場合に、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＸ軸方向における最大角度を示すものである。なお、本実施形態においては、開口絞りによってＵ0の大きさが決定され、二次光学系２０内の他の個所では制限されないようになっている。 FIG. 11 is a diagram showing a state in which each charged particle beam in the secondary beam focused on the position A ′ is not focused on one point, and the secondary beam has an extension around the position A ′. . FIG. 11A is a diagram showing the expansion of the secondary beam in the X-axis direction centered on X i = A ′ when Y i = 0, and the vertical axis represents the X i axis, and the horizontal axis represents the position A. The angle formed between the main charged particle beam incident on 'and each charged particle beam in the secondary beam is shown. When the aperture stop AS0 having a circular aperture shape such that α x = α y as shown in FIGS. 4 and 7 is used, ± U 0 is the secondary charged beam and the main charged particle beam of the secondary beam. It shows the maximum angle in the X-axis direction made on the image side. In the present embodiment, the size of U 0 is determined by the aperture stop, and is not limited in other places in the secondary optical system 20.

図中、δｘ（位置Ａ’）CAと示された幅が、円形の開口形状を用いた場合の、位置Ａ’の周りのＹi＝０におけるＸ軸方向の二次ビームの拡がりを示している。同様に、図１１（ｂ）は、Ｘi＝Ａ’のときのＹi＝０を中心としたＹ軸方向の二次ビームの拡がりを示す図であり、縦軸はＹi軸、横軸は位置Ａ’に入射する主荷電粒子線と二次ビーム内の各荷電粒子線とがなす角度を示す。±Ｕ0は、図４及び図７に示すようなαx＝αyとなる円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を用いた場合に、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＹ軸方向における最大角度を示すものである。本実施形態においては、開口絞りによってＵ0の大きさが決定され、二次光学系２０内の他の個所では制限されないようになっている。図中、δｙ（位置Ａ’）CAと示された幅が、円形の開口形状を用いた場合の、位置Ａ’の周りのＸi＝Ａ’におけるＹ軸方向の二次ビームの拡がりを示している。 In the figure, the width indicated by δx (position A ′) CA indicates the expansion of the secondary beam in the X-axis direction at Y i = 0 around the position A ′ when a circular aperture shape is used. Yes. Similarly, FIG. 11B is a diagram showing the expansion of the secondary beam in the Y-axis direction around Y i = 0 when X i = A ′, and the vertical axis represents the Y i axis and the horizontal axis. Indicates the angle formed between the main charged particle beam incident on the position A ′ and each charged particle beam in the secondary beam. When the aperture stop AS0 having a circular aperture shape such that α x = α y as shown in FIGS. 4 and 7 is used, ± U 0 is the secondary charged beam and the main charged particle beam of the secondary beam. It shows the maximum angle in the Y-axis direction made on the image side. In the present embodiment, the size of U 0 is determined by the aperture stop, and is not limited at other locations in the secondary optical system 20. In the figure, the width indicated by δy (position A ′) CA indicates the expansion of the secondary beam in the Y-axis direction at X i = A ′ around the position A ′ when a circular aperture shape is used. ing.

さて、図９に示すような楕円形の開口形状を有する開口絞りＡＳを用い、αxとαyの比を適切に設定してαx＜αyとすることにより、図１１に示すように、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＸ軸方向における最大角度を±Ｕ0x、Ｙ軸方向における最大角度を±Ｕ0yとすることができ、位置Ａ’の周りのＹi＝０におけるＸ軸方向の二次ビームの拡がりδｘ（位置Ａ’）ECAを位置Ａ’の周りのＸi＝Ａ’におけるＹ軸方向の二次ビームの拡がりδｙ（位置Ａ’）ECAに略等しくすることができる。ここで、Ｕ0yの大きさは開口絞りＡＳによって決定され、二次光学系２０内の他の個所では二次ビームは制限されないようになっている。このようにして、位置Ａ’におけるＹ軸方向のビームの拡がりは一方で確かに増加するものの、他方で二次光学系２０、ならびに物体検査装置全体の解像度の上限を決定していたＸ軸方向の二次ビームの拡がりを低減することができ、二次光学系２０、ならびに物体検査装置全体の解像度を向上させることができる。 Now, by using an aperture stop AS having an elliptical aperture shape as shown in FIG. 9, the ratio of α x and α y is appropriately set to satisfy α x <α y , as shown in FIG. The maximum angle in the X-axis direction that the secondary beam forms with the main charged particle beam of the secondary beam on the image side can be ± U 0x , and the maximum angle in the Y-axis direction can be ± U 0y , around the Y i = the X-axis direction in the 0 the secondary beam divergence .delta.x (position a ') X i = a around the ECA position a''expansion of the Y-axis direction in the secondary beam .delta.y (position a' ) Can be approximately equal to ECA . Here, the size of U 0y is determined by the aperture stop AS, and the secondary beam is not limited in other parts of the secondary optical system 20. In this way, the beam divergence in the Y-axis direction at the position A ′ certainly increases on the one hand, but on the other hand, the X-axis direction that has determined the upper limit of the resolution of the secondary optical system 20 and the entire object inspection apparatus. The secondary beam spread can be reduced, and the resolution of the secondary optical system 20 and the entire object inspection apparatus can be improved.

図１２及び図１３は、位置Ｏ’ならびに位置Ｂ’に集束される二次ビーム内の各荷電粒子線が、一点に集束されず、二次ビームが位置Ｏ’ならびに位置Ｂ’の周りに拡がりを有している状態を示す図である。   FIG. 12 and FIG. 13 show that each charged particle beam in the secondary beam focused on the position O ′ and the position B ′ is not focused on one point, and the secondary beam spreads around the position O ′ and the position B ′. It is a figure which shows the state which has.

図１２（ａ）は、Ｙi＝０のときのＸi＝０を中心としたＸ軸方向の二次ビームの拡がりを示す図であり、縦軸はＸi軸、横軸は位置Ｏ’に入射する主荷電粒子線と二次ビーム内の各荷電粒子線とがなす角度を示す。±Ｕ0は、図４及び図７に示すようなαx＝αyとなる円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を用いた場合に、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＸ軸方向における最大角度を示すものである。図中、δｘ（位置Ｏ’）CAと示された幅が、円形の開口形状を用いた場合に位置Ｏ’の周りのＹi＝０におけるＸ軸方向の二次ビームの拡がりを示している。同様に、図１２（ｂ）は、Ｘi＝０のときのＹi＝０を中心としたＹ軸方向の二次ビームの拡がりを示す図であり、縦軸はＹi軸、横軸は位置Ｏ’に入射する主荷電粒子線と二次ビーム内の各荷電粒子線とがなす角度を示す。±Ｕ0は、図４及び図７に示すようなαx＝αyとなる円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を用いた場合に、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＹ軸方向における最大角度を示すものである。図中、δｙ（位置Ｏ’）CAと示された幅が、円形の開口形状を用いた場合の、位置Ｏ’の周りのＸi＝０におけるＹ軸方向の二次ビームの拡がりを示している。 FIG. 12A is a diagram showing the expansion of the secondary beam in the X-axis direction centered on X i = 0 when Y i = 0, and the vertical axis represents the X i axis and the horizontal axis represents the position O ′. The angle formed between the main charged particle beam incident on the beam and each charged particle beam in the secondary beam is shown. When the aperture stop AS0 having a circular aperture shape such that α x = α y as shown in FIGS. 4 and 7 is used, ± U 0 is the secondary charged beam and the main charged particle beam of the secondary beam. It shows the maximum angle in the X-axis direction made on the image side. In the figure, the width indicated by δx (position O ′) CA indicates the expansion of the secondary beam in the X-axis direction at Y i = 0 around the position O ′ when a circular aperture shape is used. . Similarly, FIG. 12B is a diagram showing the secondary beam expansion in the Y-axis direction centered on Y i = 0 when X i = 0, and the vertical axis represents the Y i axis and the horizontal axis represents The angle formed between the main charged particle beam incident on the position O ′ and each charged particle beam in the secondary beam is shown. When the aperture stop AS0 having a circular aperture shape such that α x = α y as shown in FIGS. 4 and 7 is used, ± U 0 is the secondary charged beam and the main charged particle beam of the secondary beam. It shows the maximum angle in the Y-axis direction made on the image side. In the figure, the width indicated by δy (position O ′) CA indicates the expansion of the secondary beam in the Y-axis direction at X i = 0 around the position O ′ when a circular aperture shape is used. Yes.

また、図１３（ａ）は、Ｙi＝−Ｂ’のときのＸi＝０を中心としたＸ軸方向の二次ビームの拡がりを示す図であり、縦軸はＸi軸、横軸は位置Ｂ’に入射する主荷電粒子線と二次ビーム内の各荷電粒子線とがなす角度を示す。±Ｕ0は、図４及び図７に示すようなαx＝αyとなる円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を用いた場合に、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＸ軸方向における最大角度を示すものである。図中、δｘ（位置Ｂ’）CAと示された幅が、円形の開口形状を用いた場合の、位置Ｂ’の周りのＹi＝０におけるＸ軸方向の二次ビームの拡がりを示している。同様に、図１３（ｂ）は、Ｘi＝０のときのＹi＝−Ｂ’を中心としたＹ軸方向の二次ビームの拡がりを示す図であり、縦軸はＹi軸、横軸は位置Ｂ’に入射する主荷電粒子線と二次ビーム内の各荷電粒子線とがなす角度を示す。±Ｕ0は、図４及び図７に示すようなαx＝αyとなる円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を用いた場合に、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＹ軸方向における最大角度を示すものである。図中、δｙ（位置Ｂ’）CAと示された幅が、円形の開口形状を用いた場合の、位置Ｂ’の周りのＸi＝０におけるＹ軸方向の二次ビームの拡がりを示している。 FIG. 13A is a diagram showing the expansion of the secondary beam in the X-axis direction centered on X i = 0 when Y i = −B ′, and the vertical axis represents the X i axis and the horizontal axis. Indicates the angle formed between the main charged particle beam incident on the position B ′ and each charged particle beam in the secondary beam. When the aperture stop AS0 having a circular aperture shape such that α x = α y as shown in FIGS. 4 and 7 is used, ± U 0 is the secondary charged beam and the main charged particle beam of the secondary beam. It shows the maximum angle in the X-axis direction made on the image side. In the figure, the width indicated by δx (position B ′) CA indicates the expansion of the secondary beam in the X-axis direction at Y i = 0 around the position B ′ when a circular aperture shape is used. Yes. Similarly, FIG. 13B is a diagram showing the expansion of the secondary beam in the Y-axis direction centered on Y i = −B ′ when X i = 0, and the vertical axis represents the Y i axis and the horizontal axis. The axis indicates the angle formed between the main charged particle beam incident on the position B ′ and each charged particle beam in the secondary beam. When the aperture stop AS0 having a circular aperture shape such that α x = α y as shown in FIGS. 4 and 7 is used, ± U 0 is the secondary charged beam and the main charged particle beam of the secondary beam. It shows the maximum angle in the Y-axis direction made on the image side. In the drawing, the width indicated by δy (position B ′) CA indicates the expansion of the secondary beam in the Y-axis direction at X i = 0 around the position B ′ when a circular aperture shape is used. Yes.

図９に示すような楕円形の開口形状を有する開口絞りＡＳを用い、αxとαyの比を適切に設定してαx＜αyとすることにより、図１２及び図１３に示すように、二次ビームがこの二次ビームの主荷電粒子線と像側でなすＸ軸方向における最大角度を±Ｕ0x、Ｙ軸方向における最大角度を±Ｕ0yとすることができ、位置Ｏ’や位置Ｂ’の周りのＹi＝０やＹi＝−Ｂ’におけるＸ軸方向の二次ビームの拡がりδｘ（位置Ｏ’）ECAやδｘ（位置Ｂ’）ECA、ならびに、位置Ｏ’やＢ’の周りのＸi＝０におけるＹ軸方向の二次ビームの拡がりδｙ（位置Ｏ’）ECAやδｙ（位置Ｂ’）ECAを変更することができる。この場合、図から分かるように、Ｙ軸方向の二次ビームの拡がりは、円形の開口形状を有する開口絞りＡＳ０を用いた場合よりも、むしろ大きくなってしまうのであるが、それでも、位置Ａ’における二次ビームの拡がりδｘ（位置Ａ’）ECAないしはδｙ（位置Ａ’）ECAよりは小さい値であって、物体検査装置全体の解像度を低下させることには至らない。 As shown in FIGS. 12 and 13, by using an aperture stop AS having an elliptical aperture shape as shown in FIG. 9, the ratio of α x and α y is appropriately set to satisfy α x <α y . Further, the maximum angle in the X-axis direction that the secondary beam forms with the main charged particle beam of the secondary beam on the image side can be ± U 0x , and the maximum angle in the Y-axis direction can be ± U 0y, and the position O ′ And secondary beam spread δx (position O ′) ECA and δx (position B ′) ECA in the X-axis direction at Y i = 0 and Y i = −B ′ around position B ′, and position O ′ and The secondary beam spread δy (position O ′) ECA and δy (position B ′) ECA in the Y-axis direction at X i = 0 around B ′ can be changed. In this case, as can be seen from the figure, the expansion of the secondary beam in the Y-axis direction is rather larger than when the aperture stop AS0 having a circular aperture shape is used. The secondary beam spread δx (position A ′) ECA or δy (position A ′) ECA is smaller than ECA, and does not reduce the resolution of the entire object inspection apparatus.

以上、単色収差によって二次ビームが像面ＩＭ上で有する拡がりについて述べたが、二次ビームは、単色収差以外にも、色収差によるビームの拡がりを有している。すなわち、これまで、二次ビームが単一のエネルギーΦを有しているものとしたが、実際には、二次ビームはエネルギー幅ΔΦを有していおり、二次ビームは、このエネルギー幅ΔΦによって生じる色収差によるビームの拡がり
δｘc＝Ｃ1・ΔΦ／Φ・αx＋Ｃ2・ΔΦ／Φ・Ｘ
δｙc＝Ｄ1・ΔΦ／Φ・αy＋Ｄ2・ΔΦ／Φ・Ｙ
をＸ軸方向及びＹ軸方向にそれぞれ有している。 As described above, the spread that the secondary beam has on the image plane IM due to monochromatic aberration has been described. However, the secondary beam has a beam spread caused by chromatic aberration in addition to the monochromatic aberration. That is, until now, the secondary beam has been assumed to have a single energy Φ, but in reality the secondary beam has an energy width ΔΦ, and the secondary beam has this energy width ΔΦ. Of beam due to chromatic aberration caused by δx c = C 1 · ΔΦ / Φ · α x + C 2 · ΔΦ / Φ · X
δy c = D 1 · ΔΦ / Φ · α y + D 2 · ΔΦ / Φ · Y
Are respectively provided in the X-axis direction and the Y-axis direction.

ところで、本実施形態のように、二次ビームの軌道上に、従来は円形とされる開口形状の代わりに、楕円形の開口形状を設けて二次ビームを通過させると、クーロン力により生じる荷電粒子ビームのエネルギー幅が低減される。これは、楕円形の断面形状を有した荷電粒子ビームをクロスオーバーさせることによって、概ね非点収差的なクロスオーバーを生じさせるのと同様の効果がもたらされ、開口形状を通過させる荷電粒子ビームの電流値は同じでも、クーロン力により生じる荷電粒子ビームのエネルギー幅が低減されるからである。実際、数値計算によれば、例えばαx及びαyを３０mradとして開口形状を円形にした場合に比較して、αxを２６mradとし、αyを３５mradとした場合に、エネルギー幅が２％狭くなることが実証された。 By the way, when the secondary beam is allowed to pass through the secondary beam by providing an elliptical aperture shape on the trajectory of the secondary beam instead of the conventional circular aperture shape as in the present embodiment, the charge generated by the Coulomb force is generated. The energy width of the particle beam is reduced. This is because the crossed over charged particle beam having an elliptical cross-sectional shape has the same effect as causing a substantially astigmatic crossover, and the charged particle beam passing through the aperture shape. This is because the energy width of the charged particle beam generated by the Coulomb force is reduced even though the current values of are the same. In fact, according to the numerical calculation, the opening shape as compared to the case of a circular, for example, alpha x and alpha y as 30 mrad, the 26mrad the alpha x, when the 35mrad the alpha y, the energy width is 2% smaller Proved to be.

したがって、楕円形の開口形状を有する開口絞りＡＳを用いることにより、単色収差によって生じる解像度の低下を改善できるだけでなく、色収差による解像度の低下も改善することができる。   Therefore, by using the aperture stop AS having an elliptical aperture shape, not only the resolution reduction caused by monochromatic aberration can be improved, but also the resolution reduction caused by chromatic aberration can be improved.

上述のように、本実施の形態によれば、二次ビームのエネルギー幅を低減して、像面ＩＭ上における色収差による二次ビームの拡がりを低減することができ、さらに、像面ＩＭ上の像ＩＦのＸ軸方向の端部における単色収差による二次ビームの拡がりを低減して二次光学系２０、ならびに物体検査装置の解像度を向上することができる。したがって、本実施の形態による物体検査装置を用いた物体検査方法によれば、従来の半導体素子よりも線幅をさらに狭くした半導体素子を製造することができる。   As described above, according to the present embodiment, it is possible to reduce the energy width of the secondary beam to reduce the spread of the secondary beam due to chromatic aberration on the image plane IM. The secondary beam divergence due to monochromatic aberration at the end of the image IF in the X-axis direction can be reduced to improve the resolution of the secondary optical system 20 and the object inspection apparatus. Therefore, according to the object inspection method using the object inspection apparatus according to the present embodiment, it is possible to manufacture a semiconductor element whose line width is further narrower than that of a conventional semiconductor element.

なお、これまで、低エネルギーの電子ビームを用いて物体の表面を検査する物体検査装置について述べてきたが、電子ビームに限らず、荷電粒子ビームを用いた荷電粒子ビーム光学装置に楕円形の開口形状を有する絞りを用いれば、同じように荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くできるから、荷電粒子ビームは電子ビームに限られないことに留意すべきである。そして、荷電粒子ビームを導く荷電粒子ビーム光学系を有した荷電粒子ビーム光学装置において、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くすることが要求されるような荷電粒子ビーム光学装置であれば、本発明に係る荷電粒子ビーム光学装置を用いることができ、その応用は、上述したような物体検査装置や、さらには、物面から放出された荷電粒子ビームを像面上に結像させる構成を備えた荷電粒子ビーム光学装置に限られるものではない。   Up to now, the object inspection apparatus for inspecting the surface of an object using a low-energy electron beam has been described. However, not only an electron beam but also a charged particle beam optical apparatus using a charged particle beam has an elliptical aperture. It should be noted that the charged particle beam is not limited to the electron beam because the energy width of the charged particle beam can be similarly reduced by using a diaphragm having a shape. In the charged particle beam optical apparatus having the charged particle beam optical system for guiding the charged particle beam, any charged particle beam optical apparatus that is required to reduce the energy width of the charged particle beam is included in the present invention. Such a charged particle beam optical device can be used, and the application thereof is an object inspection device as described above, and further, a charged particle beam having a configuration for imaging a charged particle beam emitted from an object surface on an image surface. It is not limited to a particle beam optical device.

荷電粒子ビーム光学装置が、上記の実施形態のように、物面上の一方向に延在した領域から放出される荷電粒子ビームを導いて像面上に物面上の領域を結像させる荷電粒子ビーム光学系を有している場合にも、楕円形の開口形状を有する絞りを用いれば、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くでき、色収差を低減できる。この場合、絞りが、物面上の領域が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形の開口形状を有し、像面上における像が延在する方向と、この方向に直交する方向とに、それぞれ略等しい大きさの単色収差による拡がりを有するように開口形状の楕円形の長軸と短軸の比が設定されれば、荷電粒子ビーム光学装置の解像度を向上させることができるが、荷電粒子ビームのエネルギー幅を狭くするためだけであれば、絞りの開口形状が楕円形に形成されるだけでよく、楕円形の形状に対する制限は必ずしも必要ではない。   The charged particle beam optical device guides a charged particle beam emitted from a region extending in one direction on the object surface and forms an image on the object surface on the image surface as in the above embodiment. Even in the case of having a particle beam optical system, the energy width of the charged particle beam can be narrowed and chromatic aberration can be reduced by using an aperture having an elliptical aperture shape. In this case, the stop has an elliptical aperture shape having a major axis in a direction orthogonal to the direction in which the region on the object plane extends, and is orthogonal to the direction in which the image extends on the image plane. If the ratio of the major axis to the minor axis of the elliptical shape of the aperture is set so as to have a spread due to monochromatic aberration of approximately the same size in each direction, the resolution of the charged particle beam optical device can be improved. However, if it is only for reducing the energy width of the charged particle beam, the aperture shape of the stop only needs to be formed in an elliptical shape, and the restriction on the elliptical shape is not necessarily required.

また、光軸回りに対称な荷電粒子ビーム光学系に限らず、荷電粒子ビーム光学系一般において、像面上に集束される荷電粒子ビームの単色収差による子午面方向の拡がりは、サジタル面方向の拡がりよりも大きい。そして、像面上での像が一方向に延在している場合には、像が延在している方向の像の端部の位置が光軸から最も遠くなり、この位置での単色収差による拡がりが像内の他の位置での拡がりより最も大きくなる。したがって、像が延在している方向における像の端部の位置での、像が延在する方向へのビームの単色収差による拡がりが、物体検査装置の解像度を決定してしまう。像面上での像が一方向に延在している場合には、像が延在する方向と子午面方向とは概ね一致するから、上記楕円形の開口形状によって、像が延在する方向の単色収差によるビームの拡がりを低減すれば、子午面方向のビームの拡がりも低減し、サジタル面方向のビームの拡がりとのアンバランスが解消される。ここで、前記開口形状の楕円形の長軸と短軸の比を適切に設定し、前記領域の像が延在する方向とこの方向に直交する方向の収差の拡がりが略等しい大きさとなるようにすれば、専ら子午面方向のビームの拡がりによって決定されていた荷電粒子ビーム光学装置の解像度が子午面方向のビームの拡がりの減少とともに向上する。
このように、荷電粒子ビーム光学装置の絞りが、物面上の領域が延在する方向に直交する方向に長軸を有する楕円形の開口形状を有していれば、荷電粒子ビーム光学系が光軸回りに対称でなくとも、像面上に集束される荷電粒子ビームの単色収差による拡がりを低減することができる。さらに、この場合、一方向に延在する像の形状は、本実施形態のように長方形状に限られないことは言うまでもない。 Further, in the charged particle beam optical system in general, not limited to the charged particle beam optical system symmetric about the optical axis, the meridional direction expansion due to monochromatic aberration of the charged particle beam focused on the image plane is in the sagittal plane direction. Greater than spread. When the image on the image plane extends in one direction, the position of the edge of the image in the direction in which the image extends is farthest from the optical axis, and monochromatic aberration at this position Is the largest than the spread at other positions in the image. Therefore, the spread due to monochromatic aberration of the beam in the direction in which the image extends at the position of the end of the image in the direction in which the image extends determines the resolution of the object inspection apparatus. When the image on the image plane extends in one direction, the direction in which the image extends and the meridional direction generally coincide with each other. If the beam spread due to the monochromatic aberration is reduced, the beam spread in the meridian plane direction is also reduced, and the unbalance with the beam spread in the sagittal plane direction is eliminated. Here, the ratio of the major axis to the minor axis of the elliptical shape of the aperture is appropriately set so that the spread of aberrations in the direction in which the image of the region extends and the direction perpendicular to this direction are approximately equal. By doing so, the resolution of the charged particle beam optical device, which has been determined exclusively by the beam expansion in the meridional direction, is improved as the beam expansion in the meridional direction is reduced.
Thus, if the aperture of the charged particle beam optical device has an elliptical opening shape having a major axis in a direction orthogonal to the direction in which the region on the object surface extends, the charged particle beam optical system is Even if it is not symmetrical about the optical axis, the spread due to monochromatic aberration of the charged particle beam focused on the image plane can be reduced. Furthermore, in this case, needless to say, the shape of the image extending in one direction is not limited to the rectangular shape as in the present embodiment.

さらに、上記の実施形態においては、予め楕円形の開口形状を決定して絞りを形成し、荷電粒子ビーム光学系内に挿入する構成としたが、絞りの開口形状は、可変とされていてもよく、その都度、必要な解像度、ビーム強度から、像面上でのビームの拡がりを観測しながら、開口形状を楕円形に調整する構成とされていてもよい。   Further, in the above-described embodiment, the aperture shape is determined in advance and the aperture is formed and inserted into the charged particle beam optical system. However, the aperture shape of the aperture may be variable. In each case, the aperture shape may be adjusted to an ellipse while observing the spread of the beam on the image plane from the required resolution and beam intensity.

本発明の一実施形態による物体検査装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the object inspection apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による物体検査装置の一次ビームの軌道を示す図である。It is a figure which shows the track | orbit of the primary beam of the object inspection apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による物体検査装置の二次ビームの軌道を示す図である。It is a figure which shows the track | orbit of the secondary beam of the object inspection apparatus by one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態による荷電粒子ビーム光学装置の概略構成図であって、本発明の荷電粒子ビーム制御方法を説明するための図である。1 is a schematic configuration diagram of a charged particle beam optical apparatus according to an embodiment of the present invention, and is a diagram for explaining a charged particle beam control method of the present invention. FIG. 本発明の一実施形態による物体検査装置の二次ビームの伝播経路を主荷電粒子及び周辺の荷電粒子線によって概略的に示す図である。It is a figure which shows roughly the propagation path of the secondary beam of the object inspection apparatus by one Embodiment of this invention with the main charged particle and the surrounding charged particle beam. 物面上の照射領域を二次ビームの進行方向から見た図である。It is the figure which looked at the irradiation area | region on an object surface from the advancing direction of a secondary beam. 円形の開口形状を有する開口絞りの開口部分を示す図である。It is a figure which shows the opening part of the aperture stop which has circular opening shape. 円形の開口形状を有する開口絞りを用いた場合の像面上の像の各位置に生じる二次ビームの拡がりを示す図である。It is a figure which shows the expansion of the secondary beam which arises in each position of the image on an image surface at the time of using the aperture stop which has circular opening shape. 楕円形の開口形状を有する開口絞りの開口部分を示す図である。It is a figure which shows the opening part of the aperture stop which has an elliptical opening shape. 楕円形の開口形状を有する開口絞りを用いた場合の像面上の像の各位置に生じる二次ビームの拡がりを示す図である。It is a figure which shows the expansion of the secondary beam which arises in each position of the image on an image surface at the time of using the aperture stop which has an elliptical aperture shape. 二次ビームが位置Ａ’の周りに拡がりを有している状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which a secondary beam has the spreading | diffusion around position A '. 二次ビームが位置Ｏ’の周りに拡がりを有している状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which a secondary beam has the spreading | diffusion around position O '. 二次ビームが位置Ｂ’の周りに拡がりを有している状態を示す図である。It is a figure which shows the state in which a secondary beam has the spreading | diffusion around position B '. ＴＤＩセンサを備える検出装置を示す図である。It is a figure which shows a detection apparatus provided with a TDI sensor. ＴＤＩセンサの概略構成及び動作原理を説明するための図である。It is a figure for demonstrating schematic structure and an operation principle of a TDI sensor. 検出装置の検出面上に結像された試料像の所定箇所が試料の移動に伴って検出面上で移動する様子を示す図である。It is a figure which shows a mode that the predetermined location of the sample image imaged on the detection surface of a detection apparatus moves on a detection surface with the movement of a sample.

符号の説明Explanation of symbols

１…一次コラム、２…二次コラム（荷電粒子ビーム光学装置）、１１…一次光学系、２０…二次光学系（荷電粒子ビーム光学系）、３０…検出装置、αx，αｙ…開口絞りによって制限されるＸ軸方向及びＹ軸方向における開口角の半分の角度、δｘ，δｙ…像面上の像の単色収差による二次ビームの拡がり、δｘｃ，δｙｃ…像面上の像の色収差による二次ビームの拡がり、Ａ…物点、Ａ’…像が延在する方向における像の端部の位置、ＡＳ…開口絞り（絞り）、Ｂ１…一次ビーム（一次の荷電粒子ビーム）、Ｂ２…二次ビーム（二次の荷電粒子ビーム）、ＩＦ…像、ＩＭ…像面、ＯＢ…物面、ＯＦ…照明領域 1 ... primary column, 2 ... secondary column (charged particle beam optical system), 11 ... primary optical system, 20 ... secondary optical system (charged particle beam optical system), 30 ... detector, alpha x, alpha y ... opening half the angle of aperture angle in the X-axis direction and the Y-axis direction is restricted by the throttle, .delta.x, spread of secondary beam by monochromatic aberrations of the image on the .delta.y ... image surface, .delta.x c, the image on .delta.y c ... image surface Secondary beam divergence due to chromatic aberration, A ... object point, A '... position of the edge of the image in the direction in which the image extends, AS ... aperture stop (stop), B1 ... primary beam (primary charged particle beam) , B2 ... secondary beam (secondary charged particle beam), IF ... image, IM ... image plane, OB ... object plane, OF ... illumination area

Claims (3)

荷電粒子源からの一次荷電粒子ビームの照射により試料から得られる電子を二次荷電粒子ビームとして検出する荷電粒子ビーム光学装置であって、
前記荷電粒子ビーム光学装置は、
試料に対してＸ軸方向に延在した長方形状の領域を一次荷電粒子ビームで照射する一次光学系と、
試料から放出された二次荷電粒子ビームを開口絞りを通して検出面上に検出させる二次光学系とを備え、
前記開口形状は、前記Ｘ軸方向に直交したＹ軸方向に長軸を有する楕円形に形成されていることを特徴とする荷電粒子ビーム光学装置。 A charged particle beam optical apparatus that detects electrons obtained from a sample by irradiation of a primary charged particle beam from a charged particle source as a secondary charged particle beam,
The charged particle beam optical device comprises:
A primary optical system that irradiates a rectangular region extending in the X-axis direction on the sample with a primary charged particle beam;
A secondary optical system that detects the secondary charged particle beam emitted from the sample on the detection surface through the aperture stop, and
The charged particle beam optical apparatus according to claim 1, wherein the opening shape is formed in an elliptical shape having a major axis in the Y-axis direction orthogonal to the X-axis direction. 請求項１に記載の荷電粒子ビーム光学装置において、
前記開口絞りは、物面としての試料表面に対するフーリエ変換面に備えられていることを特徴とする荷電粒子ビーム光学装置。 The charged particle beam optical apparatus according to claim 1,
The charged particle beam optical apparatus, wherein the aperture stop is provided on a Fourier transform plane with respect to a sample surface as an object surface. 試料に一次荷電粒子ビームを照射し、該試料から放出される二次荷電粒子ビームを導いて像面上に前記二次荷電粒子ビームによる像を結像させる荷電粒子ビーム制御方法において、
前記荷電粒子ビームの軌道上の物面もしくは像面に対するフーリエ変換面に開口絞りを配置し、該開口絞りの開口形状を、Ｘ軸方向における開口角の半分の角度αｘと、Ｙ軸方向における開口角の半分の角度αｙとの積を一定に保ちながら変形させることにより、前記二次荷電粒子ビームを結像させる像面上におけるＸ軸方向の像点の拡がりδｘとＹ軸方向の像点の拡がりδｙとが等しくなるように調整することを特徴とする荷電粒子ビーム制御方法。 In a charged particle beam control method of irradiating a sample with a primary charged particle beam, guiding a secondary charged particle beam emitted from the sample, and forming an image of the secondary charged particle beam on an image plane,
An aperture stop is disposed on the Fourier transform plane with respect to the object plane or image plane on the trajectory of the charged particle beam, and the aperture shape of the aperture stop is set to an angle α x that is half the aperture angle in the X-axis direction and in the Y-axis direction. An image point spread δx in the X-axis direction on the image plane on which the secondary charged particle beam is imaged and an image in the Y-axis direction are deformed by keeping the product of the half angle α y of the aperture angle constant. A charged particle beam control method comprising adjusting the point spread δy to be equal.
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