JP4287850B2 - Charged particle beam application equipment - Google Patents

Description

本発明は、電子ビームを用いてウエハ等の試料に形成されたパターンを観察および検査、計測する電子ビームパターン検査装置を含む荷電粒子ビーム応用装置に関する。   The present invention relates to a charged particle beam application apparatus including an electron beam pattern inspection apparatus that observes, inspects, and measures a pattern formed on a sample such as a wafer using an electron beam.

半導体デバイス（ＩＣ、ＬＳＩ）の微細化、高密度化はさらに進み、その製造工程および完成後のパターン形状やパターン寸法を検査するための検査装置には、より高い解像度が要求される。また、高効率で生産するためには、検査に要する時間の短縮が求められる。   Semiconductor devices (IC, LSI) are further miniaturized and densified, and higher resolution is required for an inspection apparatus for inspecting the manufacturing process and the pattern shape and pattern dimensions after completion. Moreover, in order to produce with high efficiency, it is required to shorten the time required for inspection.

荷電粒子ビーム応用装置の一例として、電子ビームを用いたパターン検査装置がある。通常の電子ビームパターン検査装置は、試料にスポット状のビームを照射するが、これではスループット（単位時間あたりの処理量）に課題が残る。そこで、高スループットパターン検査装置として、試料に面積電子ビームを照射し試料で発生する二次電子ビーム像を拡大投影してパターン形状を観察する二次電子投影型検査装置（例えば、非特許文献１参照）や、同じく面積ビームを照射し試料近傍で反射した電子ビームを投影するミラープロジェクション型検査装置（例えば、特許文献１、特許文献２参照）などが開発されつつある。これら２つのパターン検査装置を総称して「投影型検査装置」と呼ぶ。   An example of a charged particle beam application apparatus is a pattern inspection apparatus using an electron beam. A normal electron beam pattern inspection apparatus irradiates a sample with a spot-like beam, but this leaves a problem in throughput (processing amount per unit time). Therefore, as a high-throughput pattern inspection apparatus, a secondary electron projection inspection apparatus (for example, Non-Patent Document 1) that observes a pattern shape by irradiating an area electron beam onto a sample and enlarging and projecting a secondary electron beam image generated on the sample. In addition, a mirror projection type inspection apparatus (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2) that projects an electron beam that is irradiated with an area beam and reflected in the vicinity of a sample is being developed. These two pattern inspection apparatuses are collectively referred to as a “projection inspection apparatus”.

一方、透過型や走査型電子顕微鏡の分野においては、収差補正器が実用化され、軸上の色収差、球面収差を補正することで、より高解像度な像観察が可能となりつつある。また軸上の収差のみでなく、軸外の収差を補正する収差補正器も提案されている（例えば、特許文献３参照）。   On the other hand, in the field of transmission and scanning electron microscopes, aberration correctors have been put into practical use, and higher-resolution image observation is becoming possible by correcting axial chromatic aberration and spherical aberration. An aberration corrector that corrects not only on-axis aberrations but also off-axis aberrations has been proposed (see, for example, Patent Document 3).

Proceedings of SPIE, Vol. 5375 (2004), 1125Proceedings of SPIE, Vol. 5375 (2004), 1125 特開２００４−３４２３４１号公報JP 2004-342341 A 特開２００５−１６４６０８号公報JP 2005-164608 A 特開２００３−１８７７３１号公報JP 2003-187731 A

しかしながら、前記投影型検査装置では、よりスループットを向上させるためには試料から放出される電子ビームを可能な限り多く検出器に取り込む必要がある。しかし、放出電子ビームを広く取ると、対物レンズおよび投影レンズの収差によりビームのボケが大きくなり、解像度が低下するといった問題が発生する。   However, in the projection inspection apparatus, in order to further improve the throughput, it is necessary to capture as many electron beams emitted from the sample as possible into the detector. However, when the emission electron beam is wide, there is a problem that the blur of the beam becomes large due to the aberration of the objective lens and the projection lens, and the resolution is lowered.

また、一度に観察する試料上の領域（「サブフィールド」と呼ぶ）を広く取ることでスループットの向上を図ると、投影レンズにおける軸外の収差により、十分な解像度を得られなくなる。   Also, if the throughput is improved by taking a wide area on the sample (called “subfield”) to be observed at a time, sufficient resolution cannot be obtained due to off-axis aberrations in the projection lens.

そこで、本発明の目的は、上述した従来の問題点に鑑みてなされたものであり、解像度を低下させることなく低収差で取り込める電子ビーム量を向上し、また広いサブフィールドを得ることでスループットを向上させる荷電粒子ビーム応用装置を提供することにある。   Accordingly, the object of the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, improving the amount of electron beam that can be captured with low aberration without reducing the resolution, and obtaining a wide subfield to increase throughput. An object of the present invention is to provide an improved charged particle beam application apparatus.

上記目的を達成するために、本発明は、以下に示すような特徴を有する。   In order to achieve the above object, the present invention has the following characteristics.

（１）本発明の荷電粒子ビーム応用装置は、試料に荷電粒子ビームを照射する照射光学系と、前記試料に照射した荷電粒子ビームにより前記試料から放出される荷電粒子を結像する結像光学系と、前記結像光学系により結像した荷電粒子ビームを検出する検出装置と、前記照射光学系と前記結像光学系とを分離するビーム分離器とを有し、前記ビーム分離器と前記検出装置との間に、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正器を設けたことを特徴とする。   (1) The charged particle beam application apparatus of the present invention includes an irradiation optical system for irradiating a sample with a charged particle beam, and imaging optics for forming an image of the charged particles emitted from the sample by the charged particle beam irradiated to the sample. A system, a detection device that detects a charged particle beam imaged by the imaging optical system, and a beam separator that separates the irradiation optical system and the imaging optical system, the beam separator and the An aberration corrector that corrects at least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism is provided between the detector and the detector.

（２）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記ビーム分離器と前記検出装置との間に、第１のレンズ、前記収差補正器、第２のレンズの順に並ぶ構造を有することを特徴とする。   (2) The charged particle beam application apparatus according to (1) has a structure in which a first lens, an aberration corrector, and a second lens are arranged in this order between the beam separator and the detection apparatus. Features.

（３）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記ビーム分離器と前記検出装置との間に、レンズダブレットと、前記第１のレンズ、前記収差補正器、前記第２のレンズの順に並ぶ構造とを有することを特徴とする。   (3) In the charged particle beam application apparatus according to (1), a lens doublet, the first lens, the aberration corrector, and the second lens are arranged in this order between the beam separator and the detection apparatus. It is characterized by having a lined structure.

（４）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記収差補正器を電気的にフローティングとし、前記収差補正器のフローティング電位を任意に設定できる構成として、前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに応じて前記フローティング電位を設定することで、前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに関わらず前記収差補正器を通過する荷電粒子ビームのエネルギーを略一定にするよう構成したことを特徴とする。   (4) In the charged particle beam application apparatus according to (1), the configuration is such that the aberration corrector is electrically floating, and the floating potential of the aberration corrector can be arbitrarily set. By setting the floating potential according to energy, the energy of the charged particle beam passing through the aberration corrector is made substantially constant regardless of the energy of the charged particles emitted from the sample. To do.

（５）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記収差補正器を電気的にフローティングとし、前記収差補正器のフローティング電位を任意に設定できる構成とし、前記収差補正器の前後にあるレンズを静電レンズとして、前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに応じて前記フローティング電位を設定し、前記静電レンズの収差補正器側の電極を前記フローティング電位と略同電位にすることを特徴とする。   (5) In the charged particle beam application apparatus according to (1), the aberration corrector is electrically floating, and the floating potential of the aberration corrector can be arbitrarily set. The floating potential is set according to the energy of charged particles emitted from the sample, and the electrode on the aberration corrector side of the electrostatic lens is set to substantially the same potential as the floating potential. And

（６）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに関わらず、前記収差補正器直前のレンズの物面を略不変にし、前記収差補正器直前のレンズからのビーム射出角度を略不変とし、前記収差補正器に入射する荷電粒子ビームの軌道を略一定にすることを特徴とする。   (6) In the charged particle beam application apparatus according to (1), regardless of the energy of the charged particles emitted from the sample, the object surface of the lens immediately before the aberration corrector is made substantially invariant, and immediately before the aberration corrector. The beam emission angle from the lens is substantially unchanged, and the trajectory of the charged particle beam incident on the aberration corrector is made substantially constant.

（７）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記試料の高さに関わらず、前記収差補正器直前のレンズの物面を略不変にする構成とし、前記収差補正器に入射する荷電粒子ビームの軌道を略一定にすることを特徴とする。   (7) In the charged particle beam application apparatus according to (1), the object surface of the lens immediately before the aberration corrector is made substantially invariant regardless of the height of the sample, and the charge incident on the aberration corrector The trajectory of the particle beam is made substantially constant.

（８）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記試料と前記収差補正器直前のレンズとの間に、磁界レンズと焦点補正器を有することを特徴とする。   (8) In the charged particle beam application apparatus according to (1), a magnetic lens and a focus corrector are provided between the sample and the lens immediately before the aberration corrector.

（９）前記（１）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記収差補正器が複数の多極子レンズで構成され、前記多極子レンズが収差補正器として動作していない場合に動作する少なくとも２枚の補助レンズを有し、前記多極子レンズが収差補正器として動作していない場合に、前記多極子レンズおよび前記補助レンズ以外のレンズ条件を略不変で結像する構成であることを特徴とする。   (9) In the charged particle beam application apparatus according to (1), the aberration corrector includes a plurality of multipole lenses, and operates when the multipole lens does not operate as an aberration corrector. When the multipole lens has an auxiliary lens and is not operating as an aberration corrector, the lens conditions other than the multipole lens and the auxiliary lens are imaged substantially unchanged.

（１０）前記（９）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記補助レンズは少なくとも一組のトランスファーダブレットレンズを含むことを特徴とする。   (10) In the charged particle beam application apparatus according to (9), the auxiliary lens includes at least one pair of transfer doublet lenses.

（１１）前記（１）乃至（１０）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記結像光学系に、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する第二の収差補正器を有することを特徴とする。   (11) In the charged particle beam application apparatus according to (1) to (10), at least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism is included in the imaging optical system. And a second aberration corrector for correcting two aberrations.

（１２）前記（１）乃至（１０）の荷電粒子ビーム応用装置において、前記荷電粒子ビームは、電子ビームであり、前記電子ビームの照射により前記試料から放出される荷電粒子は、二次電子、弾性散乱電子、ミラー電子のうち何れか一つを主に含むことを特徴とする。(12) In the charged particle beam application apparatus according to (1) to (10), the charged particle beam is an electron beam, and charged particles emitted from the sample by irradiation with the electron beam are secondary electrons, Any one of elastically scattered electrons and mirror electrons is mainly included.

本発明によれば、解像度を低下させることなく低収差で取り込める電子ビーム量を向上し、また広いサブフィールドを得ることでスループットを向上させる荷電粒子ビーム応用装置が実現できる。   According to the present invention, it is possible to realize a charged particle beam application apparatus that improves the amount of electron beam that can be captured with low aberration without reducing the resolution, and improves the throughput by obtaining a wide subfield.

以下に述べる本発明の実施例では、荷電粒子ビーム応用装置として、電子ビームパターン検査装置を例にとって説明する。なお、本発明は、電子ビームパターン検査装置に限らず、イオンビーム等の荷電粒子ビームを用いた応用装置にも同様に適用できる。   In the embodiments of the present invention described below, an electron beam pattern inspection apparatus will be described as an example of a charged particle beam application apparatus. The present invention is not limited to an electron beam pattern inspection apparatus, but can be similarly applied to an application apparatus using a charged particle beam such as an ion beam.

図１は、本発明の第１の実施例に係る電子ビーム検査装置の概略図である。   FIG. 1 is a schematic diagram of an electron beam inspection apparatus according to a first embodiment of the present invention.

電子源１から放射された電子ビームは、照射レンズ２で収束ビームになり、ビーム分離器（ウィーンフィルター）４で偏向され、対物レンズ５で略平行ビームとなりステージ７上の試料６に照射される。３はこの照射電子光学系の光路を示しており、電子銃制御回路２００により電子銃印加電圧Ｖ０、電流量等を制御される。試料６は、例えば、パターンつきウエハであり、マイナス数ｋＶ程度の電圧（Ｖｓ）が印加されている。Ｖｓは試料電位制御回路２０１により制御される。ステージ７は、ステージ制御回路２０２により制御される。電子源１の像は対物レンズ５の前側焦点位置近傍に形成されているため、試料に照射されるビームは略平行で、試料上の広い領域を一度に照射することが可能である。   The electron beam emitted from the electron source 1 becomes a convergent beam by the irradiation lens 2, is deflected by the beam separator (Wien filter) 4, and becomes a substantially parallel beam by the objective lens 5, and is irradiated on the sample 6 on the stage 7. . Reference numeral 3 denotes an optical path of the irradiation electron optical system, and the electron gun control circuit 200 controls the electron gun applied voltage V0, the amount of current, and the like. The sample 6 is a wafer with a pattern, for example, and a voltage (Vs) of about minus several kV is applied thereto. Vs is controlled by the sample potential control circuit 201. The stage 7 is controlled by the stage control circuit 202. Since the image of the electron source 1 is formed in the vicinity of the front focal position of the objective lens 5, the beam irradiated on the sample is substantially parallel, and a wide area on the sample can be irradiated at once.

電子銃印加電圧Ｖ０はマイナス数ｋＶからマイナス１０ｋＶ程度であり、Ｖ０とＶｓの差が試料に照射される電子ビームのエネルギー（ランディングエネルギー）である。ウエハ上に形成されたパターンの検査を行う場合、検査対象に応じてランディングエネルギーを変える。ランディングエネルギーを変えるのは、電子銃印加電圧Ｖ０を変える場合もあり、試料電圧Ｖｓを変える場合もある。   The electron gun applied voltage V0 is about minus several kV to minus 10 kV, and the difference between V0 and Vs is the energy (landing energy) of the electron beam applied to the sample. When inspecting the pattern formed on the wafer, the landing energy is changed according to the inspection object. Changing the landing energy may change the electron gun applied voltage V0 or the sample voltage Vs.

電子ビーム照射により試料から放出される荷電粒子種は、二次電子、弾性散乱電子、ミラー電子などが挙げられる。試料にイオンビームが照射される場合には、弾性散乱イオンも放出される。二次電子の放出エネルギーは１〜１０ｅＶ程度であるが、通常結像させるのは１〜５ｅＶ程度である。弾性散乱電子は、試料に照射された電子が弾性散乱したものであるため、放出エネルギーはランディングエネルギーに等しい。弾性散乱電子は、通常反射電子と呼ばれるが、ミラー電子との違いを明確にするために、ここでは弾性散乱電子と呼ぶ。ミラー電子は、ランディングエネルギーをほぼ０にした場合の反射電子で、試料に衝突せず、直上で電位Ｖｒにより引き戻される電子である。そのため、放出エネルギーはほぼ０である。なお、ミラー電子は厳密には試料から放出される電子ではないが、試料（もしくは試料近傍）の作用を受けて照射ビームの反対側に進む電子であるので、本発明中では、試料から放出される荷電粒子として扱う。   Examples of charged particle species emitted from the sample by electron beam irradiation include secondary electrons, elastically scattered electrons, and mirror electrons. When the sample is irradiated with an ion beam, elastically scattered ions are also emitted. The emission energy of secondary electrons is about 1 to 10 eV, but it is usually about 1 to 5 eV to form an image. Since elastically scattered electrons are those obtained by elastically scattering electrons irradiated on a sample, the emission energy is equal to the landing energy. Elastically scattered electrons are usually called reflected electrons, but are called elastically scattered electrons here in order to clarify the difference from mirror electrons. The mirror electrons are reflected electrons when the landing energy is almost zero, and do not collide with the sample and are pulled back by the potential Vr immediately above. Therefore, the emission energy is almost zero. Although the mirror electrons are not strictly electrons emitted from the sample, they are electrons that travel to the opposite side of the irradiation beam under the action of the sample (or the vicinity of the sample). Treated as charged particles.

対物レンズ５は、３枚の電極５ａ、５ｂ、５ｃで構成される静電レンズである。第一電極５ａにはプラス数ｋＶ程度の電圧（Ｖｒ）が印加され、試料から放出された電子を加速させる。第二、第三電極５ｂ、５ｃはそれぞれマイナス数ｋＶ（Ｖobj）、０Ｖ程度の電圧に設定し、加速された電子を収束する。対物レンズ５の各電極電圧は、静電レンズ制御回路２０３により制御される。対物レンズ５を出射する電子ビームのエネルギーは、放出エネルギーと試料電位Ｖｓと検出装置１２の接地電位（通常０Ｖ）で決まる。対物レンズ５の像面をウィーンフィルター４の中心近傍にすると、ウィーンフィルター４の収差等の影響を少なくできる。   The objective lens 5 is an electrostatic lens composed of three electrodes 5a, 5b, and 5c. A voltage (Vr) of about plus several kV is applied to the first electrode 5a to accelerate electrons emitted from the sample. The second and third electrodes 5b and 5c are set to voltages of minus several kV (Vobj) and 0V, respectively, and converge the accelerated electrons. Each electrode voltage of the objective lens 5 is controlled by the electrostatic lens control circuit 203. The energy of the electron beam emitted from the objective lens 5 is determined by the emission energy, the sample potential Vs, and the ground potential (usually 0 V) of the detection device 12. If the image plane of the objective lens 5 is in the vicinity of the center of the Wien filter 4, the influence of the aberration of the Wien filter 4 can be reduced.

対物レンズ５に加えて、中間レンズ８、投影レンズ９により、試料上で発生した荷電粒子ビームの像を拡大して検出装置１２上に投影する。検出装置１２での検出結果は、検出信号処理回路２０６を経て画像処理部２１２に入力される。画像処理部２１２内には入力された検出結果を記憶する記憶機構と、検出結果と設計データもしくは事前の検出結果との比較をし、欠陥および異物の有無等を判定する欠陥判定部を有する。判定結果は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）２０７上に表示される。   In addition to the objective lens 5, the intermediate lens 8 and the projection lens 9 enlarge the image of the charged particle beam generated on the sample and project it on the detection device 12. A detection result in the detection device 12 is input to the image processing unit 212 via the detection signal processing circuit 206. The image processing unit 212 includes a storage mechanism for storing an input detection result, and a defect determination unit that compares the detection result with design data or a prior detection result to determine the presence or absence of defects and foreign matter. The determination result is displayed on a GUI (Graphical User Interface) 207.

なお、図１において、中間レンズ８、投影レンズ９は磁界レンズを想定しており、磁界レンズ制御回路２０５により制御されるが、静電レンズでもよい。   In FIG. 1, the intermediate lens 8 and the projection lens 9 are assumed to be magnetic lenses and are controlled by the magnetic lens control circuit 205, but may be electrostatic lenses.

放出電子種に応じて放出エネルギーは異なり、ユーザーがＧＵＩ２０７上で検出したい電子種を選択すると、対物レンズ５、中間レンズ８、投影レンズ９のレンズ条件は検出したい電子種に応じて変化され、収差補正器１０の条件も変化される。検出したい電子種以外は、対物絞り７０（後述する図４）やウィーンフィルター４内壁などで遮断し、結像に寄与しないようにする。 The emission energy differs depending on the emitted electron species. When the user selects an electron species to be detected on the GUI 207, the lens conditions of the objective lens 5, the intermediate lens 8, and the projection lens 9 are changed according to the electron species to be detected, and aberrations The conditions of the corrector 10 are also changed. Other than the electronic species to be detected are blocked by an objective aperture 70 (FIG. 4 to be described later), the inner wall of the Wien filter 4 or the like so as not to contribute to image formation.

収差補正器１０は、通常複数の多極子レンズにより構成されており、対物レンズ５、中間レンズ８、投影レンズ９で発生する収差を補正する。１３は収差補正器の動作電源であり、電極数分だけ必要になる場合もある。多数の収差補正器電源１３は、収差補正器制御回路２０４により制御される。発生する収差には球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、非点収差などがあり、軸上の収差のみでなく、軸外の収差も補正する収差補正器であることが望ましい。収差補正器をウィーンフィルター４と対物レンズ５との間（図中、位置１４）に設置すると、照射光学系と結像光学系の両光路３、１１が収差補正器の中にあることになる。両光学系とも補正をすることは困難であるため、この位置は望ましくない。したがって、収差補正器の設置位置は、二光学系が重なっていないウィーンフィルター４から検出装置１２の間が望ましい。   The aberration corrector 10 is generally composed of a plurality of multipole lenses, and corrects aberrations occurring in the objective lens 5, the intermediate lens 8, and the projection lens 9. Reference numeral 13 denotes an operation power source for the aberration corrector, which may be required for the number of electrodes. A large number of aberration corrector power supplies 13 are controlled by an aberration corrector control circuit 204. The generated aberration includes spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, curvature of field, astigmatism, etc., and it is desirable that the aberration corrector corrects not only on-axis aberrations but also off-axis aberrations. . If the aberration corrector is installed between the Wien filter 4 and the objective lens 5 (position 14 in the figure), both optical paths 3 and 11 of the irradiation optical system and the imaging optical system are in the aberration corrector. . This position is not desirable because both optical systems are difficult to correct. Therefore, the installation position of the aberration corrector is preferably between the Wien filter 4 and the detection device 12 where the two optical systems do not overlap.

検出電子量を増やすには、試料からの放出角を大きくとる必要がある。しかし、約２０ｍｒａｄより大きい放出角の場合、放出角の増大に伴い解像度は低下し、１００ｎｍ以下の解像度を得るには、１００ｍｒａｄ程度までの放出角しか取れない。２０ｍｒａｄ以上での解像度低下の要因は、二次電子は主に色収差であり、反射電子（弾性散乱電子）は主に球面収差である。これらの収差を低減できれば、放出角を大きくすることができ、検出電流量が上がるため、スループットを向上させることが出来る。すなわち、スループット向上には、収差の低減が必須である。従来は試料６と対物レンズ第一電極５ａ間の電界密度を上げることで収差を低減させているが、高電圧の放電等の問題があり、この方法での改善は次第に困難となる。   In order to increase the amount of detected electrons, it is necessary to increase the emission angle from the sample. However, in the case of an emission angle greater than about 20 mrad, the resolution decreases as the emission angle increases, and in order to obtain a resolution of 100 nm or less, only an emission angle up to about 100 mrad can be obtained. The cause of the decrease in resolution at 20 mrad or more is that secondary electrons are mainly chromatic aberration, and reflected electrons (elastically scattered electrons) are mainly spherical aberration. If these aberrations can be reduced, the emission angle can be increased and the amount of detection current can be increased, so that the throughput can be improved. That is, it is essential to reduce aberrations in order to improve throughput. Conventionally, aberration is reduced by increasing the electric field density between the sample 6 and the objective lens first electrode 5a. However, there is a problem such as high voltage discharge, and improvement by this method becomes increasingly difficult.

図１で述べたように、試料上には面積ビームを照射するため、一度に観察できる試料上の領域が広い。試料上の照射領域から、検出装置で一度に取り込める領域をサブフィールドと呼ぶ。通常は、照射ビームを出来る限り像に寄与させたいため、照射領域とサブフィールドは同程度であり、試料上で現状一辺５０〜１００μｍ程度の四角形である。このサブフィールドが広くなれば、ステージ移動の回数が減らせるなどにより、スループットを向上させることが可能となる。   As described in FIG. 1, since the area beam is irradiated onto the sample, the region on the sample that can be observed at a time is wide. A region that can be captured at once from the irradiated region on the sample by a detection device is called a subfield. Usually, in order to make the irradiation beam contribute to the image as much as possible, the irradiation area and the subfield are approximately the same, and are currently squares with a side of about 50 to 100 μm on the sample. If this subfield becomes wider, the throughput can be improved by reducing the number of stage movements.

本発明によれば、収差補正器１０で収差を補正することで、これら２つの要因（放出角、サブフィールド面積）を向上させスループットを向上させることができる。   According to the present invention, by correcting the aberration by the aberration corrector 10, it is possible to improve these two factors (emission angle, subfield area) and improve the throughput.

図２は、本発明の第２の実施例に係る電子ビーム検査装置の概略図である。収差補正器は、一般的に、補正器前後の軌道が対称である方が調整をしやすい。特に、平行入射・平行出射が望ましいため、図２に示したような両側テレセントリックなレンズ組内に収差補正器を置く構成が望ましい。両側テレセントリックなレンズ組とは、二個一組のレンズで、第一レンズの前側焦点位置に物面があり、第二レンズの後側焦点位置に像面がある構成である。また、両側テレセントリックなレンズ組で、第一レンズと第二レンズの間隔が両焦点距離の和である構成の場合をレンズダブレットと呼ぶ。本実施例では、図２において、第一対物レンズ５１と第二対物レンズ５２（中間電極電圧Ｖobj2）はレンズダブレットを構成し、第一投影レンズ９１と第二投影レンズ９２は両側テレセントリックであるが、必ずしもレンズダブレットではない。   FIG. 2 is a schematic diagram of an electron beam inspection apparatus according to a second embodiment of the present invention. In general, the aberration corrector is easier to adjust if the trajectories before and after the corrector are symmetrical. In particular, since parallel incidence and parallel emission are desirable, a configuration in which an aberration corrector is placed in a bilateral telecentric lens set as shown in FIG. 2 is desirable. The double-sided telecentric lens group is a set of two lenses, and has a configuration in which the object plane is at the front focal position of the first lens and the image plane is at the rear focal position of the second lens. In addition, a configuration in which the distance between the first lens and the second lens is a sum of both focal lengths in a both-side telecentric lens set is referred to as a lens doublet. In this embodiment, in FIG. 2, the first objective lens 51 and the second objective lens 52 (intermediate electrode voltage Vobj2) constitute a lens doublet, and the first projection lens 91 and the second projection lens 92 are bilateral telecentric. Not necessarily a lens doublet.

収差補正器の両側のレンズは、磁界レンズで構成することが可能である。また、後述する図３および図４に示すように、静電レンズで構成することも可能である。レンズダブレットは、歪曲収差、コマ収差、倍率色収差を低減する働きがある。なお、磁界レンズでのダブレットはレンズの極性を逆にすることが望ましく、前記の収差のみでなく、磁界レンズでの像回転も低減できる。また、収差補正器１０の両側のレンズをレンズダブレットもしくは両側テレセントリックにするのみでなく、他のレンズもレンズダブレットを構成することは、収差補正器１０への負荷を低減できる点から望ましい。この構成は、図２ないし図５において当てはまる。   The lenses on both sides of the aberration corrector can be configured with magnetic field lenses. Further, as shown in FIG. 3 and FIG. 4 to be described later, it may be configured by an electrostatic lens. The lens doublet has a function of reducing distortion aberration, coma aberration, and lateral chromatic aberration. The doublet in the magnetic lens desirably reverses the polarity of the lens, so that not only the aberration but also the image rotation in the magnetic lens can be reduced. Further, it is desirable not only to make the lenses on both sides of the aberration corrector 10 lens doublets or double-sided telecentric, but also to form lens doublets with other lenses from the viewpoint of reducing the load on the aberration corrector 10. This configuration applies in FIGS. 2-5.

ところで、収差補正器１０の動作条件（印加電場、印加磁場）は、収差補正器に入射する荷電粒子のエネルギーおよび軌道により変化する。二次電子、弾性散乱電子、ミラー電子などと検出荷電粒子種を切り替えて検出する場合や、ランディングエネルギー変化や試料移動に伴う高さ変化に対して、収差補正器１０の動作条件ができる限り変化しない構成もしくは収差補正器１０の軌道ができる限り変化しない構成にしてあれば、検出荷電粒子種を変えても調整が容易である。   By the way, the operating conditions (applied electric field, applied magnetic field) of the aberration corrector 10 vary depending on the energy and trajectory of the charged particles incident on the aberration corrector. The operating condition of the aberration corrector 10 changes as much as possible when switching between the detected charged particle species such as secondary electrons, elastically scattered electrons, mirror electrons, etc., or when the landing energy changes or the height changes due to sample movement. If it is configured such that the orbit of the aberration corrector 10 does not change as much as possible, adjustment is easy even if the detected charged particle type is changed.

結像光学系１１における電子のエネルギー、すなわち収差補正器１０を通る電子のエネルギーは、試料電位（Ｖｓ）と検出装置の接地電位（通常０Ｖ）の差分のエネルギーに放出エネルギーを加えたものである。結像光学系１１のエネルギーは、以下の要因で変化しうる。
（１）二次電子、弾性散乱電子、ミラー電子と、検出したい放出電子が異なると放出エネルギーが異なるので、結像光学系１１での電子エネルギーは異なる。
（２）通常、半導体ウエハ上に形成したパターンを検査する場合、検査する対象に応じて、ランディングエネルギーを変化させる。このとき、試料電位Ｖｓを変えずにＶ０でランディングエネルギーを制御する場合は、結像光学系１１での電子エネルギーは変化しないが、Ｖ０を変えずにＶｓ変化でランディングエネルギーを制御する場合、結像光学系のエネルギーは変化する。 The energy of electrons in the imaging optical system 11, that is, the energy of electrons passing through the aberration corrector 10, is obtained by adding emission energy to the energy of the difference between the sample potential (Vs) and the ground potential (usually 0 V) of the detection device. . The energy of the imaging optical system 11 can change due to the following factors.
(1) When secondary electrons, elastically scattered electrons, and mirror electrons are different from the emitted electrons to be detected, the emitted energy is different, so the electron energy in the imaging optical system 11 is different.
(2) Usually, when inspecting a pattern formed on a semiconductor wafer, the landing energy is changed according to the object to be inspected. At this time, when the landing energy is controlled by V0 without changing the sample potential Vs, the electron energy in the imaging optical system 11 does not change, but when the landing energy is controlled by Vs change without changing V0, The energy of the image optical system changes.

また、収差補正器１０に入射する電子ビームの軌道は、以下の要因で変化する。
（１）上記二要因による結像光学系のエネルギーの変化。
（２）試料の高さ変化。 Further, the trajectory of the electron beam incident on the aberration corrector 10 changes due to the following factors.
(1) Change in energy of the imaging optical system due to the above two factors.
(2) Sample height change.

そこで、上記の要因により収差補正器１０の条件変化が少ないシステムを提案する。   Therefore, a system is proposed in which the change in the condition of the aberration corrector 10 is small due to the above factors.

まず、収差補正器１０における電子ビームのエネルギーを略不変にする構成を示す。   First, a configuration in which the energy of the electron beam in the aberration corrector 10 is made substantially unchanged will be described.

図３は、本発明の第３の実施例に係る電子ビーム検査装置の概略図である。本実施例では、対物レンズ、中間レンズともレンズダブレットを形成し、投影レンズはレンズダブレットとは限らないが両側テレセントリックになっている。また、中間レンズ８１、８２は磁界レンズ、投影レンズ９１、９２は静電レンズを用いている。９１ａ、９１ｂ、９１ｃは、それぞれ第一投影レンズ９１を構成する第一電極、第二電極（印加電圧Ｖi）、第三電極を示し、９２ａ、９２ｂ、９２ｃは、それぞれ第二投影レンズ９２を構成する第一電極、第二電極（印加電圧Ｖp）、第三電極を示している。   FIG. 3 is a schematic diagram of an electron beam inspection apparatus according to a third embodiment of the present invention. In this embodiment, both the objective lens and the intermediate lens form a lens doublet, and the projection lens is not necessarily a lens doublet, but is bilateral telecentric. The intermediate lenses 81 and 82 use magnetic lenses, and the projection lenses 91 and 92 use electrostatic lenses. Reference numerals 91a, 91b, and 91c respectively denote a first electrode, a second electrode (applied voltage Vi), and a third electrode that constitute the first projection lens 91, and 92a, 92b, and 92c constitute a second projection lens 92, respectively. A first electrode, a second electrode (applied voltage Vp), and a third electrode are shown.

収差補正器１０は電気的にフローティングとし、フローティング電位（Ｖｅ）を任意に変えられるものとする。収差補正器１０のフローティング電位Ｖｅを、試料から放出されるエネルギーに相当する電圧値に設定することで、放出エネルギーにかかわらず、収差補正器１０を通る電子ビームのエネルギーを一定に保つことが可能となる。また、図３に示したように、第一投影レンズ９１と第二投影レンズ９２の収差補正器側の電極（９１ｃ、９２ａ）をＶｅと同電位にし、９１ｃから９２ａまでの鏡体もＶｅにすると、収差補正器１０の入出射エネルギーを一定に保つことができ、より調整がしやすくなる。ただし、収差補正器内の多極子の間隔が密であり、前記第一投影レンズ９１と第二投影レンズ９２の収差補正器側の電極が収差補正器１０に近い場合には、実質的に鏡体までＶｅにしなくてもよい場合もある。   The aberration corrector 10 is electrically floating, and the floating potential (Ve) can be arbitrarily changed. By setting the floating potential Ve of the aberration corrector 10 to a voltage value corresponding to the energy emitted from the sample, the energy of the electron beam passing through the aberration corrector 10 can be kept constant regardless of the emitted energy. It becomes. Further, as shown in FIG. 3, the electrodes (91c, 92a) on the aberration corrector side of the first projection lens 91 and the second projection lens 92 are set to the same potential as Ve, and the mirror bodies from 91c to 92a are also set to Ve. Then, the incident / exit energy of the aberration corrector 10 can be kept constant, and the adjustment becomes easier. However, when the distance between the multipole elements in the aberration corrector is close and the electrodes on the aberration corrector side of the first projection lens 91 and the second projection lens 92 are close to the aberration corrector 10, the mirror is substantially mirrored. In some cases, it is not necessary to make Ve to the body.

次に、収差補正器に入射する電子ビームの軌道を略不変にする構成を示す。   Next, a configuration for making the trajectory of the electron beam incident on the aberration corrector substantially invariant will be described.

図３には、焦点補正器６０を有する。焦点補正器６０は筒状の電極であり、ここに電圧を印加することで、第一中間レンズ８１の磁場の作用が変化し、焦点位置Ｐを変化させることが出来る。図中Ｐは、収差補正器１０直前レンズの物面を示す。試料６の高さ変化は試料高さ検出器１５で検出し、検出結果はＺ検出回路２０９を経て焦点補正器制御回路２０８や静電レンズ制御回路２０３、磁界レンズ制御回路２０５にフィードバックされる。試料の高さ変化に対してもＰ位置を略一定に保つことで、収差補正器１０への入射軌道は略一定に保つことが出来る。各レンズの励磁値・電圧値を変えてもＰ位置を略一定に保つことは可能であるが、ウエハ検査時の高さ変化のように、高速での応答を要求される場合には、焦点補正器６０にフィードバックした方がよい。なお、焦点補正器６０はＰを不変にするのみでなく、検出装置１２でのフォーカスを調整するために用いることも可能である。   FIG. 3 includes a focus corrector 60. The focus corrector 60 is a cylindrical electrode, and by applying a voltage thereto, the action of the magnetic field of the first intermediate lens 81 changes and the focus position P can be changed. P in the figure indicates the object surface of the lens immediately before the aberration corrector 10. A change in the height of the sample 6 is detected by the sample height detector 15, and the detection result is fed back to the focus corrector control circuit 208, the electrostatic lens control circuit 203, and the magnetic lens control circuit 205 via the Z detection circuit 209. By keeping the P position substantially constant with respect to the change in the height of the sample, the incident trajectory to the aberration corrector 10 can be kept substantially constant. It is possible to keep the P position substantially constant even if the excitation value / voltage value of each lens is changed. However, if a high-speed response is required, such as a change in height during wafer inspection, the focus position It is better to feed back to the corrector 60. Note that the focus corrector 60 can be used not only to make P unchanged, but also to adjust the focus in the detection device 12.

また、放出エネルギーが変化した場合でも、収差補正器１０直前レンズの物面Ｐを略不変にし、収差補正器１０直前レンズからの射出角度を略不変にすることで、収差補正器１０への入射軌道を略一定にすることができ、検査対象（二次電子、弾性散乱電子、ミラー電子）を変えた場合の調整が容易になる。図３のように、収差補正器１０が両側テレセントリックなレンズに挟まれている場合、収差補正器１０直前レンズ（第一投影レンズ９１）は平行射出であるため、調整が容易になる。放出エネルギーが変化した場合は高速でのフィードバックが要求されないので、物面Ｐを略不変にし、収差補正器１０直前レンズからの射出角度を略不変にするためには、磁界レンズや静電レンズの励磁値、電圧値を変化させればよく、補助的に焦点補正器６０を用いてもよい。   Further, even when the emission energy changes, the object surface P of the lens immediately before the aberration corrector 10 is made substantially unchanged, and the emission angle from the lens immediately before the aberration corrector 10 is made substantially unchanged, so that the incident light enters the aberration corrector 10. The trajectory can be made substantially constant, and adjustment when the inspection object (secondary electrons, elastic scattering electrons, mirror electrons) is changed becomes easy. As shown in FIG. 3, when the aberration corrector 10 is sandwiched between both telecentric lenses, the lens immediately before the aberration corrector 10 (first projection lens 91) is parallel emission, so that adjustment is easy. Since feedback at high speed is not required when the emitted energy changes, in order to make the object plane P substantially invariant and make the exit angle from the lens immediately before the aberration corrector 10 substantially invariant, a magnetic lens or electrostatic lens is used. What is necessary is just to change an excitation value and a voltage value, and you may use the focus correction | amendment device 60 supplementarily.

図４は、本発明の第４の実施例に係る電子ビーム検査装置の概略図であり、収差補正器１０を実際に使用する場合に有用な構成を示す。ここでは、照射光学系３の一部を省略してある。収差補正器は、通常複数の多極子レンズで構成される。収差補正器を用いる場合、まずこれら多極子レンズを動作させない状態で多極子レンズ以外のレンズ条件等の設定を行い、その後多極子レンズを動作させて調整し、収差補正器として機能させる。本発明で想定する軸外収差まで補正する収差補正器では、多極子レンズの動作・非動作によって収差補正器以下の結像条件が変化するため、多極子レンズ非動作時に結像できるように補助レンズＴＬ１、ＴＬ２を有することが望ましい。   FIG. 4 is a schematic diagram of an electron beam inspection apparatus according to the fourth embodiment of the present invention, and shows a configuration useful when the aberration corrector 10 is actually used. Here, a part of the irradiation optical system 3 is omitted. The aberration corrector is usually composed of a plurality of multipole lenses. In the case of using an aberration corrector, first, the lens conditions other than the multipole lens are set in a state where these multipole lenses are not operated, and then the multipole lens is operated and adjusted to function as an aberration corrector. In the aberration corrector that corrects up to off-axis aberrations assumed in the present invention, the imaging conditions below the aberration corrector change depending on the operation / non-operation of the multipole lens. It is desirable to have lenses TL1 and TL2.

補助レンズＴＬ１、ＴＬ２を有する構成を、図４に示す。図４には、第一結像レンズ９１と収差補正器１０の間、および収差補正器１０と第二結像レンズ９２との間に、補助レンズＴＬ１およびＴＬ２を設置している。これら補助レンズは補助レンズ制御回路２１１を経て制御し、収差補正器１０を動作させない場合ＯＮ、動作時にはＯＦＦにする。補助レンズの焦点距離および設置位置は、第一投影レンズの焦点距離をｆ１とすると、ＴＬ１、ＴＬ２とも焦点距離をｆ１としたダブレットレンズが望ましい。補助レンズの物面（Ｚ１）を第一投影レンズ９１の後側焦点位置、像面（Ｚ２）を第二投影レンズ９２の前側焦点位置となるように設置する。この補助レンズＴＬ１、ＴＬ２のように、二つのレンズの焦点距離が等しく、レンズ間隔が焦点距離の２倍で、第一レンズ（ＴＬ１）の物面が前側焦点位置、第二レンズ（ＴＬ２）の像面が後側焦点位置にあるレンズ組をトランスファーダブレットと呼び、物面を等倍で像面に写像する機能を有する。このとき収差補正器はＺ１からＺ２の間に入るため、収差補正器１０の大きさを考慮して、ｆ１、ｆ２を設計する。なお補助レンズを用いる場合、Ｖｅは所定の値にしてあった方が以後の調整が容易になる。   A configuration having auxiliary lenses TL1 and TL2 is shown in FIG. In FIG. 4, auxiliary lenses TL <b> 1 and TL <b> 2 are installed between the first imaging lens 91 and the aberration corrector 10 and between the aberration corrector 10 and the second imaging lens 92. These auxiliary lenses are controlled via the auxiliary lens control circuit 211, and are turned on when the aberration corrector 10 is not operated and turned off when the aberration corrector 10 is operated. As for the focal length and the installation position of the auxiliary lens, a doublet lens in which the focal length is f1 for both TL1 and TL2 is preferable, where f1 is the focal length of the first projection lens. The auxiliary lens is placed so that the object plane (Z1) is the rear focal position of the first projection lens 91 and the image plane (Z2) is the front focal position of the second projection lens 92. Like the auxiliary lenses TL1 and TL2, the focal lengths of the two lenses are equal, the lens interval is twice the focal length, the object surface of the first lens (TL1) is the front focal position, and the second lens (TL2). A lens group whose image plane is at the rear focal position is called a transfer doublet, and has a function of mapping the object plane onto the image plane at the same magnification. At this time, since the aberration corrector enters between Z1 and Z2, f1 and f2 are designed in consideration of the size of the aberration corrector 10. In the case where an auxiliary lens is used, it is easier to make subsequent adjustments if Ve is set to a predetermined value.

また、６１、６２は軸調整用のアライナであり、アライナ制御回路２１０により制御され、収差補正器１０動作時と補助レンズ動作時での光軸の違いを調整する。この軸調整用アライナは、磁場型ではヒステリシスがあるため、再現性のよさから静電型が望ましい。図４に示したように、両側テレセントリックなレンズ組の間に補助レンズを入れる場合、２枚のレンズでよいが、収差補正器の前後が両側テレセントリックでない場合、同様の機能を持たせる場合に２枚以上のレンズが必要になる場合がある。図４中、１１０、１１１は軸外の結像光学系である。また、７０は絞りである。絞り７０では、放出電子の角度を制限したり、結像に寄与する以外の電子ビームを遮断したりする。   Reference numerals 61 and 62 denote aligners for adjusting the axis, which are controlled by the aligner control circuit 210 and adjust the difference in optical axis between the aberration corrector 10 and the auxiliary lens. This axis adjusting aligner has hysteresis in the magnetic field type, and is preferably an electrostatic type in terms of reproducibility. As shown in FIG. 4, when an auxiliary lens is inserted between the two-side telecentric lens sets, two lenses may be used. However, when the front and rear of the aberration corrector are not both-side telecentric, 2 is used to provide the same function. More than one lens may be required. In FIG. 4, reference numerals 110 and 111 denote off-axis imaging optical systems. Reference numeral 70 denotes an aperture. The diaphragm 70 limits the angle of emitted electrons and blocks an electron beam other than that contributing to image formation.

図５は、本発明の第５の実施例に係る電子ビーム検査装置の概略図である。照射光学系内にも、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、非点収差などの収差を補正する収差補正器１００を搭載した例である。収差補正器１００は、収差補正器制御回路２０４で制御される。このように、照射光学系にも収差補正器を搭載することにより、例えば、照射光学系の球面収差を補正することで平行度のより高いビームを試料に照射することが可能となり、また、色収差を補正することでエネルギーがより一様なビームを試料に照射することが可能となる。   FIG. 5 is a schematic diagram of an electron beam inspection apparatus according to a fifth embodiment of the present invention. This is an example in which an aberration corrector 100 for correcting aberrations such as spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, astigmatism, etc. is also installed in the irradiation optical system. The aberration corrector 100 is controlled by the aberration corrector control circuit 204. In this way, by installing an aberration corrector in the irradiation optical system, for example, it is possible to irradiate the sample with a beam with higher parallelism by correcting the spherical aberration of the irradiation optical system, and chromatic aberration. It is possible to irradiate the sample with a beam having more uniform energy.

このように、本発明によれば、試料上に形成されたパターンを観察する際に、解像度を低下させずに検出荷電粒子量を向上させ、さらにサブフィールドを広く取り、観察スループットを向上させることが可能となる。また、放出される荷電粒子種（二次電子、弾性散乱電子、ミラー電子など）の変化や試料高さ変動などにより結像光学条件が変化しても、収差補正条件をほぼ一定に保つことが可能となる。また、収差補正器が動作していない場合でも結像が可能なように、補助レンズを設置する。さらに、照射光学系にも収差補正器を搭載することにより、試料に一様なビーム照射が可能となる。   As described above, according to the present invention, when observing a pattern formed on a sample, the amount of detected charged particles can be improved without reducing the resolution, and the subfield can be widened to improve the observation throughput. Is possible. Even if the imaging optical conditions change due to changes in the type of charged particle species (secondary electrons, elastically scattered electrons, mirror electrons, etc.) or variations in sample height, the aberration correction conditions can be kept almost constant. It becomes possible. In addition, an auxiliary lens is installed so that an image can be formed even when the aberration corrector is not operating. Further, by mounting an aberration corrector on the irradiation optical system, it is possible to irradiate the sample with a uniform beam.

以上詳述したように、本発明の荷電粒子ビーム応用装置によれば、軸上および軸外の収差を補正し、より広い試料放出角のビームを取り込めるのと、より広い領域での観察が可能となり、高解像度、高スループットのパターン検査が可能となる。   As described above in detail, according to the charged particle beam application apparatus of the present invention, on-axis and off-axis aberrations are corrected, a beam with a wider sample emission angle can be captured, and observation in a wider area is possible. Thus, pattern inspection with high resolution and high throughput becomes possible.

本発明の第１の実施例に係る電子ビームパターン検査装置を説明する図。The figure explaining the electron beam pattern inspection apparatus which concerns on 1st Example of this invention. 本発明の第２の実施例に係る電子ビームパターン検査装置を説明する図。The figure explaining the electron beam pattern inspection apparatus which concerns on the 2nd Example of this invention. 本発明の第３の実施例に係る電子ビームパターン検査装置を説明する図。The figure explaining the electron beam pattern inspection apparatus which concerns on the 3rd Example of this invention. 本発明の第４の実施例に係る電子ビームパターン検査装置を説明する図。The figure explaining the electron beam pattern inspection apparatus which concerns on the 4th Example of this invention. 本発明の第５の実施例に係る電子ビームパターン検査装置を説明する図。The figure explaining the electron beam pattern inspection apparatus which concerns on the 5th Example of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１…電子源、２…照射レンズ、３…照射光学系の光路、４…ビーム分離器（ウィーンフィルター）、５…対物レンズ、５ａ…対物レンズ第一電極、５ｂ…対物レンズ第二電極、５ｃ…対物レンズ第三電極、６…試料、７…試料ステージ、８…中間レンズ、９…投影レンズ、１０…収差補正器、１１…結像光学系の光路、１２…検出装置、１３…収差補正器制御回路、１４…収差補正器仮位置、１５…試料高さ検出器、５１…第一対物レンズ、５１ａ…第一対物レンズ第一電極、５１ｂ…第一対物レンズ第二電極、５１ｃ…第一対物レンズ第三電極、５２…第二対物レンズ、６０…焦点補正器、６１…収差補正器前アライナ、６２…収差補正器後アライナ、７０…絞り、８１…第一中間レンズ、８２…第二中間レンズ、９１…第一投影レンズ、９１ａ…第一投影レンズ第一電極、９１ｂ…第一投影レンズ第二電極、９１ｃ…第一投影レンズ第三電極、９２…第二投影レンズ、９２ａ…第二投影レンズ第一電極、９２ｂ…第二投影レンズ第二電極、９２ｃ…第二投影レンズ第三電極、１００…照射光学系収差補正器、１１０…結像光学系軸外光路１、１１１…結像光学系軸外光路２、２００…電子銃制御回路、２０１…試料電位制御回路、２０２…ステージ制御回路、２０３…静電レンズ制御回路、２０４…収差補正器制御回路、２０５…磁界レンズ制御回路、２０６…検出信号処理回路、２０７…ＧＵＩ（Graphical User Interface）、２０８…焦点補正器制御回路、２０９…Ｚ検出回路、２１０…アライナ制御回路、２１１…補助レンズ制御回路、２１２…画像処理部、ＴＬ１…第一補助レンズ、ＴＬ２…第一補助レンズ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron source, 2 ... Irradiation lens, 3 ... Optical path of irradiation optical system, 4 ... Beam separator (Wien filter), 5 ... Objective lens, 5a ... Objective lens 1st electrode, 5b ... Objective lens 2nd electrode, 5c 3rd electrode of objective lens, 6 ... sample, 7 ... sample stage, 8 ... intermediate lens, 9 ... projection lens, 10 ... aberration corrector, 11 ... optical path of imaging optical system, 12 ... detection device, 13 ... aberration correction instrument control circuit, 14 ... aberration corrector temporary position, 15 ... sample height detector, 5 1 ... first objective lens, 51a ... first objective lens first electrode, 51b ... first objective lens second electrode, 51c ... First objective lens third electrode, 52 ... second objective lens, 60 ... focus corrector, 61 ... aligner before aberration corrector, 62 ... aligner after aberration corrector, 70 ... stop, 81 ... first intermediate lens, 82 ... Second intermediate lens, 91 ... first projection lens 91a ... first projection lens first electrode, 91b ... first projection lens second electrode, 91c ... first projection lens third electrode, 92 ... second projection lens, 92a ... second projection lens first electrode, 92b ... first Two projection lens second electrodes, 92c ... second projection lens third electrode, 100 ... irradiation optical system aberration corrector, 110 ... imaging optical system off-axis optical path 1, 111 ... imaging optical system off-axis optical path 2,200 ... Electron gun control circuit 201 ... Sample potential control circuit 202 ... Stage control circuit 203 ... Electrostatic lens control circuit 204 ... Aberration corrector control circuit 205 ... Magnetic lens control circuit 206 ... Detection signal processing circuit 207 ... GUI (Graphical User Interface), 208: Focus corrector control circuit, 209 ... Z detection circuit, 210 ... Aligner control circuit, 211 ... Auxiliary lens control circuit, 212 ... Image processing unit, TL1 ... First auxiliary Lens, TL2 ... first auxiliary lens.

Claims (8)

試料に荷電粒子からなる照射ビームを照射する照射光学系と、
当該照射ビームにより前記試料から二次的に放出される荷電粒子を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の後段に配置され、当該結像光学系により結像された荷電粒子を検出する検出装置と、
前記照射ビームと前記試料から二次的に放出される荷電粒子とを分離するビーム分離器とを備え、
前記結像光学系は、
前記ビーム分離器と前記検出装置との間に配置されたレンズダブレットと、
該レンズダブレットと前記検出装置との間に配置された第１のレンズと、
該第１のレンズと前記検出装置との間に配置され、複数の多極子レンズにより構成された、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正器と、
該収差補正器と前記検出装置との間に配置された第２のレンズとを有し、
前記収差補正器を電気的にフローティングとし、前記収差補正器のフローティング電位を任意に設定できる構成として、前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに応じて前記フローティング電位を設定することで、前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに関わらず前記収差補正器を通過する荷電粒子ビームのエネルギーを一定にするよう構成することを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。 An irradiation optical system for irradiating the sample with an irradiation beam made of charged particles;
An imaging optical system for imaging charged particles that are secondarily emitted from the sample by the irradiation beam;
A detection device that is disposed downstream of the imaging optical system and detects charged particles imaged by the imaging optical system;
A beam separator for separating the irradiation beam and charged particles secondarily emitted from the sample ;
The imaging optical system is
A lens doublet disposed between said detecting device and said beam splitter,
A first lens disposed between said detecting device and the lens doublet,
At least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism, which is disposed between the first lens and the detection device and includes a plurality of multipole lenses. An aberration corrector for correcting two aberrations ;
A second lens disposed between the aberration corrector and the detection device;
As the configuration in which the aberration corrector is electrically floating and the floating potential of the aberration corrector can be arbitrarily set, the floating potential is set according to the energy of charged particles emitted from the sample, whereby the sample A charged particle beam application apparatus, wherein the energy of the charged particle beam passing through the aberration corrector is made constant regardless of the energy of the charged particles emitted from the device. 試料に荷電粒子からなる照射ビームを照射する照射光学系と、
当該照射ビームにより前記試料から二次的に放出される荷電粒子を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の後段に配置され、当該結像光学系により結像された荷電粒子を検出する検出装置と、
前記照射ビームと前記試料から二次的に放出される荷電粒子とを分離するビーム分離器とを備え、
前記結像光学系は、
前記ビーム分離器と前記検出装置との間に配置されたレンズダブレットと、
該レンズダブレットと前記検出装置との間に配置された第１のレンズと、
該第１のレンズと前記検出装置との間に配置され、複数の多極子レンズにより構成された、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正器と、
該収差補正器と前記検出装置との間に配置された第２のレンズとを有し、
前記収差補正器を電気的にフローティングとし、前記収差補正器のフローティング電位を任意に設定できる構成とし、前記第１のレンズと前記第２のレンズを静電レンズとして、前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに応じて前記フローティング電位を設定し、前記静電レンズの収差補正器側の電極を前記フローティング電位と同電位にすることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。 An irradiation optical system for irradiating the sample with an irradiation beam made of charged particles;
An imaging optical system for imaging charged particles that are secondarily emitted from the sample by the irradiation beam;
A detection device that is disposed downstream of the imaging optical system and detects charged particles imaged by the imaging optical system;
A beam separator for separating the irradiation beam and charged particles secondarily emitted from the sample;
The imaging optical system is
A lens doublet disposed between the beam separator and the detection device;
A first lens disposed between the lens doublet and the detection device;
At least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism, which is disposed between the first lens and the detection device and includes a plurality of multipole lenses. An aberration corrector for correcting two aberrations ;
A second lens disposed between the aberration corrector and the detection device;
The aberration corrector is electrically floating, the floating potential of the aberration corrector can be set arbitrarily, and the first lens and the second lens are electrostatic lenses, and the charge discharged from the sample. A charged particle beam application apparatus, wherein the floating potential is set according to particle energy, and an electrode on the aberration corrector side of the electrostatic lens is set to the same potential as the floating potential . 試料に荷電粒子からなる照射ビームを照射する照射光学系と、An irradiation optical system for irradiating the sample with an irradiation beam made of charged particles;
当該照射ビームにより前記試料から二次的に放出される荷電粒子を結像する結像光学系と、An imaging optical system for imaging charged particles that are secondarily emitted from the sample by the irradiation beam;
前記結像光学系の後段に配置され、当該結像光学系により結像された荷電粒子を検出する検出装置と、A detection device that is disposed downstream of the imaging optical system and detects charged particles imaged by the imaging optical system;
前記照射ビームと前記試料から二次的に放出される荷電粒子とを分離するビーム分離器とを備え、A beam separator for separating the irradiation beam and charged particles secondarily emitted from the sample;
前記結像光学系は、The imaging optical system is
前記ビーム分離器と前記検出装置との間に配置されたレンズダブレットと、A lens doublet disposed between the beam separator and the detection device;
該レンズダブレットと前記検出装置との間に配置された第１のレンズと、A first lens disposed between the lens doublet and the detection device;
該第１のレンズと前記検出装置との間に配置され、複数の多極子レンズにより構成された、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正器と、At least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism, which is disposed between the first lens and the detection device and includes a plurality of multipole lenses. An aberration corrector for correcting two aberrations;
該収差補正器と前記検出装置との間に配置された第２のレンズとを有し、A second lens disposed between the aberration corrector and the detection device;
前記試料から放出される荷電粒子のエネルギーに関わらず、前記第１のレンズの物面を不変にし、前記第１のレンズからのビーム射出角度を不変とし、前記収差補正器に入射する荷電粒子ビームの軌道を一定にすることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。Regardless of the energy of the charged particles emitted from the sample, the object surface of the first lens remains unchanged, the beam emission angle from the first lens remains unchanged, and the charged particle beam incident on the aberration corrector Charged particle beam application device characterized by making the trajectory of the beam constant. 試料に荷電粒子からなる照射ビームを照射する照射光学系と、An irradiation optical system for irradiating the sample with an irradiation beam made of charged particles;
当該照射ビームにより前記試料から二次的に放出される荷電粒子を結像する結像光学系と、An imaging optical system for imaging charged particles that are secondarily emitted from the sample by the irradiation beam;
前記結像光学系の後段に配置され、当該結像光学系により結像された荷電粒子を検出する検出装置と、A detection device that is disposed downstream of the imaging optical system and detects charged particles imaged by the imaging optical system;
前記照射ビームと前記試料から二次的に放出される荷電粒子とを分離するビーム分離器とを備え、A beam separator for separating the irradiation beam and charged particles secondarily emitted from the sample;
前記結像光学系は、The imaging optical system is
前記ビーム分離器と前記検出装置との間に配置されたレンズダブレットと、A lens doublet disposed between the beam separator and the detection device;
該レンズダブレットと前記検出装置との間に配置された第１のレンズと、A first lens disposed between the lens doublet and the detection device;
該第１のレンズと前記検出装置との間に配置され、複数の多極子レンズにより構成された、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正器と、At least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism, which is disposed between the first lens and the detection device and includes a plurality of multipole lenses. An aberration corrector for correcting two aberrations;
該収差補正器と前記検出装置との間に配置された第２のレンズとを有し、A second lens disposed between the aberration corrector and the detection device;
前記試料の高さに関わらず、前記第１のレンズの物面を不変にする構成とし、前記収差補正器に入射する荷電粒子ビームの軌道を一定にすることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。A charged particle beam application apparatus characterized in that the object surface of the first lens is made invariant regardless of the height of the sample, and the trajectory of the charged particle beam incident on the aberration corrector is made constant. . 試料に荷電粒子からなる照射ビームを照射する照射光学系と、
当該照射ビームにより前記試料から二次的に放出される荷電粒子を結像する結像光学系と、
前記結像光学系の後段に配置され、当該結像光学系により結像された荷電粒子を検出する検出装置と、
前記照射ビームと前記試料から二次的に放出される荷電粒子とを分離するビーム分離器とを備え、
前記結像光学系は、
前記ビーム分離器と前記検出装置との間に配置されたレンズダブレットと、
該レンズダブレットと前記検出装置との間に配置された第１のレンズと、
該第１のレンズと前記検出装置との間に配置され、複数の多極子レンズにより構成された、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正器と、
該収差補正器と前記検出装置との間に配置された第２のレンズとを有し、
前記レンズダブレットの一方は、磁界レンズと焦点補正器により構成されることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。 An irradiation optical system for irradiating the sample with an irradiation beam made of charged particles;
An imaging optical system for imaging charged particles that are secondarily emitted from the sample by the irradiation beam;
A detection device that is disposed downstream of the imaging optical system and detects charged particles imaged by the imaging optical system;
A beam separator for separating the irradiation beam and charged particles secondarily emitted from the sample;
The imaging optical system is
A lens doublet disposed between the beam separator and the detection device;
A first lens disposed between the lens doublet and the detection device;
At least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism, which is disposed between the first lens and the detection device and includes a plurality of multipole lenses. An aberration corrector for correcting two aberrations;
A second lens disposed between the aberration corrector and the detection device ;
One of the lens doublets is composed of a magnetic lens and a focus corrector. 試料に荷電粒子からなる照射ビームを照射する照射光学系と、An irradiation optical system for irradiating the sample with an irradiation beam made of charged particles;
当該照射ビームにより前記試料から二次的に放出される荷電粒子を結像する結像光学系と、An imaging optical system for imaging charged particles that are secondarily emitted from the sample by the irradiation beam;
前記結像光学系の後段に配置され、当該結像光学系により結像された荷電粒子を検出する検出装置と、A detection device that is disposed downstream of the imaging optical system and detects charged particles imaged by the imaging optical system;
前記照射ビームと前記試料から二次的に放出される荷電粒子とを分離するビーム分離器とを備え、A beam separator for separating the irradiation beam and charged particles secondarily emitted from the sample;
前記結像光学系は、The imaging optical system is
前記ビーム分離器と前記検出装置との間に配置されたレンズダブレットと、A lens doublet disposed between the beam separator and the detection device;
該レンズダブレットと前記検出装置との間に配置された第１のレンズと、A first lens disposed between the lens doublet and the detection device;
該第１のレンズと前記検出装置との間に配置され、複数の多極子レンズにより構成された、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する収差補正器と、At least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism, which is disposed between the first lens and the detection device and includes a plurality of multipole lenses. An aberration corrector for correcting two aberrations;
該収差補正器と前記検出装置との間に配置された第２のレンズとを有し、A second lens disposed between the aberration corrector and the detection device;
前記多極子レンズが収差補正器として動作していない場合に動作する少なくとも２枚の補助レンズを有し、前記多極子レンズが収差補正器として動作していない場合に、前記多極子レンズおよび前記補助レンズ以外のレンズ条件を不変で結像する構成であることを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。The multipole lens has at least two auxiliary lenses that operate when the multipole lens does not operate as an aberration corrector, and the multipole lens and the auxiliary when the multipole lens does not operate as an aberration corrector. A charged particle beam application apparatus characterized in that an image is formed without changing lens conditions other than the lens. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム応用装置において、前記照射光学系に、球面収差、色収差、コマ収差、歪曲収差、像面湾曲、軸外非点収差のうち少なくとも一つの収差を補正する第二の収差補正器を有することを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。The charged particle beam application apparatus according to claim 1, wherein the irradiation optical system includes at least one of spherical aberration, chromatic aberration, coma aberration, distortion aberration, field curvature, and off-axis astigmatism. A charged particle beam application apparatus comprising a second aberration corrector for correcting two aberrations. 請求項１乃至６のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム応用装置において、前記荷電粒子ビームは、電子ビームであり、前記電子ビームの照射により前記試料から放出される荷電粒子は、二次電子、弾性散乱電子、ミラー電子のうち何れか一つを主に含むことを特徴とする荷電粒子ビーム応用装置。The charged particle beam application apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the charged particle beam is an electron beam, and the charged particles emitted from the sample by irradiation of the electron beam are secondary electrons. A charged particle beam application apparatus comprising mainly any one of elastic scattering electrons and mirror electrons.

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