TWI401721B - 電子束裝置 - Google Patents

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TWI401721B
TWI401721B TW095127267A TW95127267A TWI401721B TW I401721 B TWI401721 B TW I401721B TW 095127267 A TW095127267 A TW 095127267A TW 95127267 A TW95127267 A TW 95127267A TW I401721 B TWI401721 B TW I401721B
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electron
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Mamoru Nakasuji
Takeshi Murakami
Tohru Satake
Tsutomu Karimata
Toshifumi Kimba
Matsutaro Miyamoto
Hirosi Sobukawa
Satoshi Mori
Yuichiro Yamazaki
Ichirota Nagahama
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Ebara Corp
Toshiba Kk
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Description

電子束裝置
本發明係有關一種電子束(electron beam)裝置，能以高處理能力(Throughput)評估：具最小線寬度0.1μm以下圖案之基板之缺陷檢查、CD測量、對準(Alignment)測量及其他評估。
作為檢查而評估基板上之圖案之電子束裝置，已知有一種使用軸上色像差補正透鏡而具有超高分析能之掃描型電子顯微鏡(SEM)及透射型電子顯微鏡(TEM)等。在日本「第52屆應用物理學相關聯合演講會演講備稿集」(2005年春埼玉大學)P.812及P.815，刊載有一種使用軸上色像差補正透鏡之電子顯微鏡。作為軸上色像差補正透鏡及球面像差補正透鏡，已知有具4極子及12極子之電極及磁極者。
以往，此等軸上色像差補正透鏡及球面像差補正透鏡係僅使用於縮小解析度。但是，使用電子束裝置進行半導體裝置之製造及評估時，相較於界限解析度，會有解析度在數10nm下大幅提高處理速度之情形。但是在電子束裝置所用之軸上色像差補正透鏡或球面像差補正透鏡，因使光路長度增長，以致增加空間電荷效應，而造成妨礙提高處理速度之原因。尤其是試料之高密度化而在試料上之圖案微細化之現狀下，解決空間電荷之問題，以高處理能力評估圖案至為重要，但是以往之電子束裝置卻無法解決此等空間電荷效應之問題。
又，以往之多極子型之像差補正透鏡，因干涉條紋(Fringe)處而有發生多餘像差之慮。而且，尚未有藉由進行軸上色像差及球面像差之類的像差補正，而使用具有大開口之NA開口構件，加大光束電流，或降低空間電荷效應之案例。
再者，電子束裝置雖具備光束分離器，但是為避免光束分離器發生偏轉像差，將配置光束分離器之處限定於與試料面共軛之位置。因此，電子束裝置之光路長度增長而難以實現裝置之小型化，而且，因光束分離器產生之偏轉像差，所得畫像會有模糊不清等問題。
又，以往已知有一種電子束裝置，係在形成複數光束並掃描試料，以複數個檢測器檢測出由試料放出之2次電子而獲得試料像，但是此等電子束裝置係在減少鑑別率(resolving power)時，因像差而無法獲得大的光束電流，造成處理能力頗小之問題。
再者，以往之電子束裝置有一種使用高亮度電子槍，以小開口角縮小光束來掃描基板而取得圖像者。於如此電子束裝置中，因開口角小而焦距深度深，晶圓面之高度既使變動數μm至數10μm時，畫質亦不會劣化。但是試料上之圖案微細化時，為獲得高處理能力，而補正軸上色像差以大開口動作時，會發生無法獲得深焦距之問題。
有鑑於上述問題，本發明之目的在於提供一種利用新 穎之像差補正技術，雖約100nm之解析度依然可獲得超高處理能力的電子束裝置。
又，本發明之另一目的為提供一種以高處理能力評估試料，並使用不會發生干涉條紋之電磁場問題之維納濾波器的電子束裝置。
本發明之再一目的為提供一種藉由適當地配置用以補正軸上色像差或球面像差之透鏡，得以提高處理速度之電子束裝置。
本發明之再一目的為提供一種電子束裝置及圖案評估方法，其係藉由縮短電子束裝置之光路長度減低在評估微細圖案時之空間電荷效應之影響，同時亦可減低偏轉像差之發生。
為達成上述目的，本發明之電子束裝置係將1次電子光束照射於試料，藉此使由試料放出之2次電子以光束分離器與1次電子光束分離，經由2次電子光學系統檢測所分離之2次電子者，其中，光束分離器為磁偏轉器(magnetic deflector)，構成為通過1次電子光束及2次電子之一方之區域較短，而通過另一方之區域為上述較短區域之2倍以上。
於上述本發明之電子束裝置中，光束分離器係由連接2片磁極面之強磁性體、及捲繞於該強磁性體之激勵線圈所構成為佳。
又，2次電子光學系統為映像投影光學系統，光束分 離器係以下述構成為佳，即將1次電子光束偏轉第2角度，自試料面之法線傾斜小角度之第3角度入射於試料上，並使2次電子偏轉之第1角度成為零。此時，光束分離器係由連接2個磁極面之強磁性體、及捲繞於該強磁性體之激勵線圈所構成，2次電子光學系統係最好在其光軸周圍具備軸對稱遮蔽，可防止因光束分離器所產生之磁場侵入光軸。
再者，本發明提供之電子束裝置係具備：電子槍，放出1次電子光束：電磁偏轉器，使1次電子光束偏轉；光束分離器，將1次電子光束與該1次電子光束照射於試料時與該試料放出之2次電子分離；及檢測器，檢測2次電子光束。其中，光束分離器係構成為，2次電子光束行進於該光束分離器之距離，為1次電子光束行進於該光束分離器之距離之3倍。於該電子束裝置中，電磁偏轉器係較佳為設定使1次電子光束偏轉至光束分離器所偏轉之方向的相反方向，而且，設定成使因該電磁偏轉器之偏轉在該1次電子光束產生之偏轉色像差，與因光束偏轉器之偏轉在該1次電子光束產生之偏轉色像差之絕對值相等。
本發明係在藉由電子束裝置用以評估形成於試料上之圖案的評估方法，係包含：使1次電子束僅偏轉小角度而入射於光束分離器之步驟；藉由光束分離器使1次電子束朝與試料垂直之方向偏轉而照射於試料之步驟；藉由光束分離器，使自試料面放出之2次電子大幅偏轉而引導至2次電子光學系統之步驟；及藉由檢測器檢測出經由2次電 子光學系統所接受之2次電子之步驟。
參照附圖說明本發明之電子束裝置的各種實施形態。
第1圖為本發明之電子束裝置之第1實施形態的概略圖。如第1圖所示，電子束裝置係具備：電子槍G；電子光學系統A，搬送自電子槍G放出之1次電子束；電子光學系統B，將自電子光學系統A送出之1次電子束照射於試料S之同時，使自試料S放出之2次電子束與1次電子束分離；電子光學系統C，搬送所分離之2次電子束；及檢測器D，接受來自電子光學系統C之2次電子束。
電子光學系統A係具備：多開口構件1；聚焦透鏡(condenser lens)2；縮小透鏡3、4；NA開口構件5；像差補正透鏡6；第1掃描偏轉器7；及光束分離用前置偏轉器8。像差補正透鏡6係由例如2段補正透鏡所成，而各補正透鏡則由維納濾波器所構成。自電子槍G放出之1次電子束係同樣地照射多方開口構件1之複數個開口。由此產生複數1次電子束。所產生之複數1次電子束係由聚焦透鏡2所聚焦，在入射縮小透鏡之前形成光束交叉點(Crossover)，即電子槍作成之光源的圖像。
多方開口構件1之圖像係由縮小透鏡3、4縮小，在像差補正透鏡6之物點(object point)9作成縮小像。NA開口構件5係配置在縮小透鏡4之正前方，以確保通過縮小透鏡3之複數1次電子束之光束鑑別率。在物點9上所作成之縮小像係在像差補正透鏡6之中間點10及像差補正透 鏡6之像點11形成等倍圖像。聚焦於像點11之複數1次電子束係由電子光學系統B之物鏡(後述)再次聚焦，而成像於試料S面上。
第1掃描偏轉器係使形成於像點11之複數1次電子束之行進方向以預定振幅朝預定方向偏轉，由此複數1次電子束會掃描試料S之面上。再者，複數1次電子束係藉由前置偏轉器使行進方向偏轉，俾入射至電子光學系統B之光束分離器之中心。
電子光學系統B係具備：光束分離器12；第2掃描偏轉器13；軸對稱電極14；第1MOL(Moving Objective Lens)偏轉器15；第2MOL偏轉器16；及物鏡17。物鏡17例如為磁隙18位於試料S側之電磁透鏡。由前置偏轉器8所偏轉之複數1次電子束係通過光束分離器12後，由第2掃描偏轉器13再度偏轉，如此經2段之偏轉之複數1次電子束係分別在試料S之面上不同位置成像而掃描試料S。此時之偏轉支點為設定在物鏡17產生之偏轉色像差與慧形像差(Coma Aberration)之合計為最小之位置。
第1MOL偏轉器15與第2MOL偏轉器16係電磁偏轉器，藉由設定在接近MOL條件，以使偏轉像差成為更小之方式動作。所謂MOL條件係用以產生與物鏡17之軸上磁場分布之微分成比例之偏轉磁場之條件。此時之偏轉支點係位於-∞。亦即，複數之1次電子束之主光線係平行地入射至電子光學系統A之光軸L。設定為接近MOL條件時偏轉像差將更小。此係由於設定為上述條件，可使透鏡之軸移動 至光束位置，而當使光束偏轉時主光線會通過透鏡之軸，而可使偏轉像差變小之故。亦即，MOL偏轉器15、16係在掃描光束時，為了使與光束之主光線重疊之物鏡之磁力線成為直線狀，而對於物鏡之軸上磁場分布之磁場施加偏轉磁場。
通過電子光學系統B而成像於試料S面上之複數1次電子束，係藉由物鏡17接收軸上色像差與球面像差。但是，電子光學系統A之2段維納濾波器6係以作成負軸上色像差與負球面像差之方式動作，因此由物鏡17作成之軸上色像差與球面像差，會因2段維納濾波器6所作成之負軸上色像差與負球面像差而抵消。如此因像差被抵消，即便使NA開口構件5之NA開口值增大，亦能由縮小透鏡3、4使複數之1次電子束縮小。軸對稱電極14係藉由將施加於該電極之電壓予以變更，可調節因物鏡17產生之軸上色像差之程度。
第1MOL偏轉器15與第2MOL偏轉器16係以抵消物鏡17對主光線之折射作用之方式動作。因此，由電子光學系統B聚焦之複數1次電子束照射之試料S面之不同位置所放出之複數2次電子束中，朝試料S之法線方向放出之複數2次電子束之主光線，不會受到物鏡17之折射作用而與光軸L平行地行進，並且以由光束分離器12從1次電子束之到達方向離開之方式(在第1圖向左邊偏轉)之方式進入電子光學系統C。再者，前置偏轉器8為靜電偏轉器，在光束分離器12中係以抵消在複數1次電子束產生之偏轉色 像差之方式動作。
電子光學系統C為映像投影型光學系統，其具備：2次電子像形成透鏡19；像差補正透鏡20；第1放大透鏡21；及第2放大透鏡。此外，像差補正透鏡20係僅補正2次電子光束之軸上色像差即可，因此產生4極子之電場與4極子之磁場即可，例如為4極子之維納濾波器。或者將像差補正透鏡20作為6極子之維納濾波器，而僅補正球面像差來代替亦可。
由光束分離器12與1次電子束分離之複數2次電子束係藉由2次電子像形成透鏡19在像差補正透鏡20之物點23成像。亦即，像差補正透鏡20係配置於2次電子像形成透鏡19之像面。像差補正透鏡20係將物點23之像形成於點24。由像差補正透鏡20作成於點24之像係經由第1放大透鏡21與第2放大透鏡22放大，而在檢測器D作成對應複數2次電子束之像。檢測器D為多方檢測器，產生分別對應所入射之複數2次電子束之訊號。使用如此產生之訊號，處理電路(未圖示)係作成試料S之2維圖像。
於電子光學系統A之像差透鏡6，當要求精密度為25nm像素尺寸時要求25nm左右之解析度。因此，預測會因在像差補正透鏡6入射1次電子束側之端部、與自像差補正透鏡6出射1次電子束側之端部所產生的干涉條紋電場及干涉條紋磁場之影響而發生像差。為避免此等干涉條紋場之影響，像差補正透鏡6係以採用2分割之維納濾波器，並利用其對稱性抵消干涉條紋場之影響為佳。第1A圖與第 1B圖為如此構成之維納濾波器之一例之剖面圖。再者，第1A圖亦表示該濾波器之軸上電場及磁場之分布。
於第1A圖及第2B圖中，維納濾波器30為具有厚度10至20mm之圓筒的坡莫合金鐵心(Permalloy core)31。坡莫合金鐵心31係形成磁性電路，而且，為提高維納濾波器30之剛性而設計成較厚。如第1B圖詳細所示，在坡莫合金鐵心31內側之空間，以具有用以使一次電子束通過之預定直徑之玻爾(Bohr)32為中心，在坡莫合金芯鐵之間分別以等間隔隔著絕緣墊片341、342、343、‧‧‧、3412，配置有12個電磁極(即12個電極兼磁極)331、332、333、‧‧‧、3312。
各絕緣墊片341至3412之厚度a(即直徑方向之寬度)，係為了減少磁阻並保持所需之絕緣性而選擇為最小限度之值。另一方面，各絕緣墊片之周方向長度b係設定在無法自光軸L直視之值，俾在第1B圖中自光軸觀看之絕緣墊片能隠蔽於磁極片。但是亦可使絕緣墊片之周方向長度b比電磁片之長度大，以防止放電。此等電磁極331至3312及絕緣墊片係由適當之固定手段35在所需複數位置安裝於坡莫合金鐵心31。再者，第1A圖與第1B圖為簡略化，將固定手段35僅表示1處。使用鎖固螺栓作為固定手段35時，以設置用以絕緣鎖固螺栓與坡莫合金鐵心31的墊片351為佳。
各個電磁極係沿著光軸L分割為2段，在各電磁極之周圍捲繞激勵線圈而成為同一構造。相對向之2個電磁 極，例如電磁極331、337係如第1A圖所示，具有沿光軸L配置為2段之上側電磁極331U、337U與下側電磁極331L、337L。此等上下之電磁極係在連接部331M、337M連結成之一體構造，在電磁極331、337之周圍，朝預定方向捲繞有用以形成磁場之激勵線圈331C、337C。由此，分別相對向之電磁極係在與光軸L正交之方向形成磁場。連接部331M、337M係具有在實質上不會產生磁場與電場程度之玻爾直徑，不致使上側電磁極331U、337U與下側電磁極331L、337L移位之一體構造。
再者，如第1A圖所示，上側電磁極331U、337U與下側電磁極331L、337L之含光軸L之面的剖面形狀係形成為梯形。因此中央之玻爾32之巨徑係自夾住光軸L而相鄰之電磁極間的最小值h，變化至夾住光軸L而相鄰之連接部間的最大值k為止。結果，夾住光軸L而相鄰之上側電磁極之間及夾住光軸L而相鄰之下側電磁極間所形成的軸上磁場之強度，係如第1A圖右側所示，2次朝光軸L之方向，以近似梯形的形狀，在最小值與最大值之間變化。如此，沿著維納濾波器30之光軸L而變化之磁場係以抵消影響1次電子束之洛倫茲力(Lorentz’s force)的方式，沿著維納濾波器30之光軸L由6個電磁極形成軸上電場。此軸上電場之分布亦如第1A圖所示之軸上電場成為同一形狀。
由於將像差透鏡6分割成如此2段之構造，能改善自物9發散而聚焦於點10之1次電子束、與自點10發散而聚焦於像點11之1次電子束的對稱性，而可抵消因干涉條 紋場造成之影響。而且因將包含上側電磁極及下側電磁極之光軸L之面的剖面形狀形成為梯形，而使玻爾32之變化單調，因而可縮小在維納濾波器30之上端與下端之干涉條紋磁場及干涉條紋電場之差，由此可減低對維納條件之影響。再者，上側與下側成為一體，可防止製作上側與下側時之精密度劣化。再者，第1A圖與第1B圖所示之維納濾波器之構成亦可適用於以後所說明之其他實施形態。
第2圖為本發明之電子束裝置之第2實施形態之概略圖。於此實施形態之電子束裝置係如同第1實施形態，具備電子槍G、電子光學系統A、B、C、及檢測器D。自電子槍放出之電子束係通過電子光學系統A、B而照射試料S，由此自試料S放出之2次電子束係由電子光學系統C引導至檢測器D。
於第2圖中，電子光學系統A係具備：對軸偏轉器41、聚焦透鏡42、對軸偏轉器43、具有複數正方形開口之成形開口構件44、聚焦透鏡45、對軸偏轉器46、成形透鏡47、及1次電子束軌道調整用偏轉器48。在此，成形開口構件44具有複數開口係在遇開口汚穢時交換用及改變像素尺寸時之不同尺寸者，且電子束為單一。自電子槍G放出之1次電子束係藉由對軸偏轉器41偏轉，俾沿著光軸L行進，接著由聚焦透鏡42所聚焦，同樣地照射成形開口構件44之一個正方形開口，由此，形成具正方形剖面形狀之1次電子束。正方形剖面之1次電子束係由聚焦透鏡45及成形透鏡47調整倍率，藉由對軸偏轉器46及軌道調整偏轉 器48進行軌道修正，俾使正方形之1次電子束朝向位在脫離自光軸L之位置的開口構件501，而進入電子光學系統B。1次電子束係在光束能量高時，通過軌道L，光束能量低時，因光束分離器49所產生之偏轉角大，故以通過軌道L2方式進行控制。
電子光學系統B係具備：例如電磁偏轉器之光束分離器49；NA開口構件50及具複數片(在第2圖中為3片)電極之物鏡51。NA開口構件50係如第2A圖所示，具有正方形孔501與經4分割之環狀孔502，自電子光學系統A送出之正方形1次電子束係藉由光束分離器49改變行進方向，俾入射至試料S之2次光學系之光軸位置，通過NA開口構件50之正方形孔501後，由物鏡51聚焦為預定之尺寸而對焦於試料之面上。
物鏡51之3片電極中，中央電極511係如第2圖所示，為組合圓板部分5111及與該圓板部分垂直之圓筒部分5112之形狀。結果，在試料面上之電場強度小，在有透鏡之光軸上1次電子束之能量變高而成為低像差。而且，藉由對接近試料S之電極512施加比中央電極511更低之電位，可使試料面附近之電場成為可避免放電之值，例如1.8kV/mm以下。再者，因中央電極511在電極513側之面為平面，由此，可縮小自試料S至遠方之電極513之間隔，因此對電極513僅施加較小電壓，即可設定所需之焦距。
因正方形之1次電子束之照射而自試料S放出之2次電子束係由物鏡51聚焦，通過NA開口構件50之經4分割 之環狀孔502(第2A圖)，而成為剖面中空之空心光束(hollow beam)。如後所述，由電子光學系統C之像差補正透鏡補正軸上色像差，因此藉由環狀孔502可作成大開口角之空心光束，各個光束間隔有距離而使互相作用減低。因此，因空間電荷效應所產生之模糊小。而且，1次電子束係通過離開環狀孔502之孔501(第2A圖)，因此因1次電子束所產生之空間電荷使2次電子束產生模糊之量，可小到能忽視之程度。由環狀孔502作成空心光束之2次電子束係藉由光束分離器49自1次電子束分離而入射至電子光學系統C。
電子光學系統C係具備：靜電偏轉器52；像差補正透鏡53；補助透鏡54；第一放大透鏡55；補助透鏡群56；第2放大透鏡57及偏轉器58。在光束分離器49分離之2次電子束係藉由靜電偏轉器52，以補正由光束分離器49所產生之偏轉色像差之方式偏轉，同時偏轉以朝與試料S垂直之方向行進的方式使進路偏轉，而在像差補正透鏡53之物點59形成2次電子像。
像差補正透鏡53係例如12極之維納濾波器，如同於第1實施形態之維納濾波器6，形成與第1A圖與第1B圖所示者相同之2段構造。為了補正軸上色像差及球面像差，對像差補正透鏡53賦予偶極子(Dipole)電磁場，以滿足維納條件，且控制為由4極子電磁場作成負軸上色像差，由6極子電磁場與8極子電磁場作成負球面像差。為了使像差補正透鏡53成為非分散，使自物點59發散之2 次電子束聚焦於中間點60之後，在像點61形成2次電子像。像點61係位於補助透鏡54之主面。如第2圖所示，像差補正透鏡53之2次電子束之行進方向的長度係比物點56與像點61之距離短。又，自物點59至濾波器之一端之尺寸d1 係與自中間點60至濾波器之對向端之距離d2 、d3 、及自濾波器之另一端至像點61之距離d4 相等。
如上所述，使用維納濾波器作為像差補正透鏡53時，則2次電子束之光束軌道成為軸對稱，且視野廣大，因此即使是廣域2次電子像亦可使整體成為低像差。又因為視野廣大，故像差補正透鏡53之對軸容易。
補助透鏡54係不會影響2次電子像之成像條件，而可將NA開口構件50之環狀孔502之像成像於第1放大透鏡55之主面，第1放大透鏡55係將2次電子像放大，所放大之像則成像於補助透鏡群56中之一個。再者，2次電子像係由第2放大透鏡再放大，而成像於檢測器D。補助透鏡群56係由複數(於第2圖為3段)透鏡所構成，當改變像素尺寸時亦可對應。像素尺寸為最小時，係使用最接近補助透鏡群56中之第2放大透鏡57的透鏡，其他透鏡則不會被激勵。在此透鏡主面成像之2次電子像係由第2放大透鏡57所放大，在檢測器D形成最大放大率之2次電子像。反之，像素尺寸為最大時，在遠離補助透鏡群56中之第2放大透鏡57的透鏡形成2次電子像，於檢測器D形成同尺寸之放大像。
由排列複數CCD裝置構成檢測器D時，可避免因讀取 CCD數據之時間比曝光時間長而造成的等待時間之浪費。例如第2B圖所示，將檢測器D作成由4個CCD裝置62至65排列於同一面上之構成時，偏轉器58係使來自第2放大透鏡57之2次電子束偏轉，將由第2放大透鏡57所放大之2次電子束像依序成像於4個CCD裝置62至65。由此，即使CCD裝置之數據讀取時間為曝光時間之4倍，亦不會浪費等待時間，可連續進行2次電子像之檢測。
接著，以第3圖概略說明本發明之電子束裝置之第3實施形態。於此第3實施形態之電子束裝置亦如同上述說明之2種實施形態，具備：電子槍G；電子光學系統A、B、C；及檢測器D，並具備控制系統E，可依據來自檢測器D之輸出來調整施加至物鏡施加電位。自電子槍G放出之電子束係通過電子光學系統A、B照射試料S，由此自試料放出之2次電子束係經由電子光學系統C引導至檢測器D。
電子光學系統A係具備：2片聚焦透鏡71、72；具長方形開口之開口構件73；2片透鏡74、75；及入射點調整用之2段偏轉器76。電子槍G係例如具有LaB6 之陰極，自該陰極放出之電子束係由2段之聚焦透鏡71、72所聚焦，以同樣之照射強度照射開口構件73之長方形開口。由此開口成形為剖面長方形之1次電子束係經由2段透鏡74、75以所希望之倍率縮小或放大，再由偏轉器76調整行進方向，俾入射於電子光學系統B之預定入射點。為何需要此等調整係由於在1次電子束之能量小時，因在光束分離器77之偏轉角大而取得軌道L 3之故。
電子光學系統B係具備：光束分離器77及具有3片電極之第1物鏡78，而光束分離器77例如為電磁偏轉器。由偏轉器76調整行進方向之1次電子束係入射至離開光束分離器77之中心預定距離的點，例如入射於離開4mm之點，由光束分離器77偏轉角度β(<α)。β例如為23度。由此，1次電子束係對試料S以α-β之角度進入第1物鏡78，由第1物鏡78聚焦之同時，再稍偏轉而照射試料S。
因1次電子束之照射而自試料放出之2次電子束係由第1物鏡78聚焦，再藉由光束分離器77以使進行方向離開1次電子束之方式偏轉而進入電子光學系統C。電子光學系統C係具備：光束軌道修正偏轉器79；NA開口構件80；具有3片電極之第2物鏡81；像差補正透鏡82；第1放大透鏡83；補助透鏡群84；及第2放大透鏡85。
由光束分離器77所分離之2次電子束係由光束軌道修正偏轉器79再被偏轉，進入與試料S之法線方向平行之方向。光束軌道修正偏轉器79亦例如為電磁偏轉器，以與光束分離器77將1次電子束偏轉之角度相同的角度且朝相反方向偏轉，亦即使2次電子束偏轉-α。由此可使2次電子束之主光線與試料垂直地行進，並且自試料發散之光束會在2段透鏡間成為平行光束，因而可去除偏轉色像差。再者，因光束分離器77及光束軌道修正偏轉器79之偏轉，而有可能發生非點像差。為去除此非點像差，較佳為在此等光束分離器重疊非點像差補正用之電流。又，藉由使光束軌道修正偏轉器79相對於電子光學系統C之光軸L’傾 斜其偏轉角度之1/2角度，則即使光束分離器為小口徑，亦可使之不發生失真。
由光束軌道修正偏轉器79所偏轉之2次電子束係在NA開口構件80受限制，將經由第2物鏡81稍縮小之2次電子束形成於像差補正透鏡82之物點86。再者，藉由調整NA開口構件80之光軸L’方向之位置，可使慧形像差成為最小，且亦可充分地減小倍率色像差。在此，使第1物鏡78與第2物鏡81之縮小率加大時，2次電子束係行進於實線87所示之路徑，而使第1物鏡78與第2物鏡81之縮小率縮小時，2次電子束係行進於虛線88所示之路徑。
像差補正透鏡82之構成係如第1圖所示之像差補正透鏡6相同而省略其說明。像差補正透鏡82係將物點86之2次電子像形成於像點89，來自像點89之2次電子束係由第1放大透鏡83、補助透鏡群84及第2放大透鏡85調整倍率，將放大為所希望之大小的像形成於檢測器D，俾與檢測器D之像素間距一致。
來自檢測器D之輸出係供應至控制系統E之CPU90，而CPU90係利用檢測器D之輸出產生試料面之2維圖像訊號。當利用此2維圖像訊號所表示之圖像包含像差時，為了補正此像差，依據來自CPU90之指令控制電源91係調整施加於第1物鏡78及第2物鏡81之各電極的電壓。
在此，說明第1物鏡78及第2物鏡81。第1物鏡78係具有電極781、782、783，該中央電極782係由在中央具有電子束通過用開口之円錐台部分與其周圍之圓板部分 所構成。藉由作成如此形狀可縮小失真像差，且能以較小正電壓獲得所希望之焦距。藉由降低施加於接近試料S之電極783的電壓，可使試料面之電場強度減小而避免放電。反之，增高施加於電極783之電壓，則可減小物鏡78之軸上色像差係數，因此第1物鏡78及第2物鏡81之軸上色像差將容易地由像差補正透鏡32之負軸上色像差所抵消。又，藉由使施加於電極781之電壓變化例如±100V左右，可動態地補正因試料面凹凸引起之焦距偏移。
第2物鏡81亦具有複數(於第3圖為3片)電極，藉由調整中央電極之電壓，則在不改變1次電子束之成像位置86之情形下，可調整2次電子束之倍率。由此結果，亦可微調第1物鏡78及第2物鏡81之球面像差補正係數或軸上色像差補正係數。
在此，以第4A圖至第4E圖說明本發明之電子束裝置之第1至第3實施形態之可使用於光束調整之標記(Mark)。第4A圖為具有3種類不同徑之孔的標印板101。例示於第4A圖之標印板101，分別在列方向排列形成最小徑之小標印孔102(3個)、中間徑之中標印孔103(3個)、及最大徑之大標印孔104(3個)，在此等標印孔以外之區域，由2次電子放出率較大之導電性材料塗布兩面。第4B圖為顯示標印板101之剖面形狀。
將此標印板101放置在與試料S相同高度之位置，照射1次電子束而由檢測器D檢測出標印孔102、103或104之2維圖像。此時所檢測之圖像之例係如第4C圖、第4D 圖及第4E圖所示。自電子槍G經由試料S至檢測器D之電子束光路的補正透鏡對軸如不適當時，將觀察到第4C圖所示之慧形像差，因此需要進行對軸俾獲得如第4D圖所示之圓形像。實際上如第4E圖所示因標印孔102較小，而成為對比極低之像，難以檢測出像差。另一方面，標印孔104之像因對比極大而且鮮明，但是因標印孔較大而造成像之模糊亦變大，也有遺漏微妙像差之危険性。因此，選擇最適當孔徑即可。
或者，另外之標印有如第4圖F所示，以2次電子放出率小之薄膜製成標印板101’，使用重金屬之打點(Dot)在Si薄膜上形成標印105，用以代替標印孔102至104亦可。
第5圖為本發明之電子束裝置之第4實施形態之概略圖。於此實施形態為一種多光束SEM型之電子束裝置。於該電子束裝置中，自電子槍G放出之電子束係照射於複數個開口2-1，由縮小透鏡3-1在位置4-1形成縮小像。於是藉由非分散之維納濾波器5-1成像於位置8-1及9-1，再由片狀透鏡10-1及17-1再縮小，於試料S上形成多光束之縮小像。片狀透鏡17-1係為在該透鏡之試料S側設有磁間隙19-1之磁透鏡，且具有物鏡之功能。
詳細說明之，維納濾波器5-1係構成為：入射側與出射側之2個區域玻爾徑6-1設定為小而在該區域進行聚焦作用，中央區域之玻爾徑7-1設定為大而無濾波作用。自位置9-1之縮小像發散之光束係由片狀透鏡10-1而成為平 行光束13-1，由電磁偏轉器1-1偏轉，俾使其自光束分離器12-1之預定位置入射。平行光束13-1係由光束分離器12-1偏轉成與試料S表面垂直。經光束分離器13-1偏轉之平行光束係藉由2段之靜電偏轉器14-1及15-1進行光柵掃描(Raster Scan)，且由軸對稱電極16-1被低聚焦化。用以進行光柵掃描之2段靜電偏轉器14-1與15-1，係以使偏轉支點與2個偏轉方向最適化之條件驅動，且偏轉器14-1與15-1之Z方向(光軸方向)之位置係如後述，可藉由模擬而最適化。藉由對軸對稱電極16-1在與試樣S之間施加不會產生放電程度之高電壓，即可謀求低像差化。
由1次電子光束之照射而自試料S放出之2次電子係藉由靜電偏轉器15-1與14-1朝光軸方向偏轉之同時，入射於光束分離器12-1。2次電子係藉由該光束分離器12-1，偏轉至在圖中之右側並朝向2次電子光學系統之放大透鏡23-1。經放大透鏡23-1放大之2次電子像係在下一個放大透鏡24-1再放大，於是在檢測器D獲得多頻道之SEM像。
光束分離器12-1係由電磁偏轉器所構成，如第5圖所示構成為：2次電子光束行進於光束分離器12-1內之距離係1次電子光束行進於光束分離器12-1內之距離的3倍左右。因此，即使將光束分離器12-1之磁場設定為使1次電子光束僅偏轉10度左右之小角度時，2次電子光束係偏轉約31.8度(=3×10×√(4.5/4))，因此1次電子光束與2次電子光束可充分被分離。此係由於在光束分離器12-1 之位置的1次電子光束及2次電子光束之能量分別為4.5KeV與4.0KeV，而光束分離器12-1為電磁偏轉器，且偏轉角與能量之(1/2)平方成反比之故。由上式可求得2次電子光束之偏轉角度。
再者，藉由設定光束分離器12-1使1次電子光束僅可在約10度以下之小角度偏轉時，即可使1次電子光束僅產生較小之像差。而且，即使因光束分離器12-1而在1次電子光束產生偏轉色像差，亦可藉由設定使該像差之絕對值、與因光束分離器12-1之偏轉方向與朝相反方向偏轉之電磁偏轉器11-1所產生之偏轉色像差之絕對值相等，即可抵消偏轉色像差。且其他偏轉像差亦小。
再者，2次電子光束係對偏轉像差不致成為問題，因此即使用光束分離器12-1大幅偏轉，亦不致有問題。
而且，在光束分離器12-1產生之偏轉色像差係在偏轉器11-1被抵消，因此無需將光束分離器12-1配置在與試料面共軛之位置。因此電子光學系統之設計較自由，可大幅縮短光路長度，而可減少空間電荷效應。
第5A圖為第5圖所示之電子束裝置之電磁偏轉器11-1及光束分離器12-1，顯示從第5圖之箭頭a方向，即與紙面平行之方向所觀看之圖。光束分離器12-1係在強磁性體之坡莫合金鐵心(Permalloy core)21-1，形成2處由2片平行平板構成之磁極面所形成的磁間隙20-1，1次電子光束僅通過上側之間隙，1次及2次電子光束之雙方則通過下側之間隙。22-1與22’-1為激勵線圈。
第5B圖係自與第5圖之紙面垂直之方向(正前側)觀看電磁偏轉器11-1及光束分離器12-1之圖。構成電磁偏轉器11-1之磁芯，係自第5B圖之紙面背側朝正前方向突出並往右下方彎曲，再朝向紙面垂直方向。構成光束分離器12-1之紙面背側之磁芯係朝紙面背側突出而朝圖之左上側彎曲，且由紙面背側朝向紙面方向。磁芯之剖面係如第5圖及第5B圖所示，具備有上凸與下凸之形狀。於是，在電磁偏轉器11-1自紙面背側朝表面之磁力線，係以由光束分離器12-1自紙面表側朝向背側之方式，捲繞有激勵線圈22-1。再者，於第5B圖中，激勵線圈22’-1係僅表示紙面之前面側之線圈。第5B圖為與第5圖紙面正交之上側所觀看之圖，因此自第5圖箭頭觀看時左側之線圈，即第5A圖之線圈22’-1為第5B圖所示之線圈。
由於光束分離器12-1具備上述構成，因此可將1次電子光束僅偏轉小角度，且可將2次電子光束偏轉大角度，並且可使成為問題之1次電子光束之偏轉像差變較小，同時可使1次電子光學系統之光路長度變短。
上述光束分離器12-1係具在磁芯捲繞激勵線圈之構造，但是亦可使用永久磁鐵來取代激勵線圈。第5C圖為使用永久磁石之光束分離器，將NS所示之2片永久磁石配置在磁芯之適當位置。使用第5C圖所示之光束分離器時，無需將線圈放置在真空中，磁場之強度亦不變動，因而可穩定地動作。此外，如同第5A圖與第5B圖所示之光束分離器，可將1次電子光束僅偏轉小角度，而可將2次電子光 束偏轉大角度，並使1次電子光束之偏轉像差變小，同時可使1次電子光學系統之光路長度變短。
第6圖為顯示本發明之電子束裝置之第5實施形態，於本實施形態之電子束裝置係由映像投影型之電子光學系統所構成。於此電子束裝置中，自電子槍G放出之電子束係以均匀強度照射長方形開口32-1，結果所得之長方形的1次電子光束係在2段透鏡33-1與34-1調整縮小率，且由電磁偏轉器35-1偏轉。於是經由物鏡36-1以38-1所示之軌道(例如4至15°之範圍)入射於試料S上。
由於1次電子光束之照射而自試料S放出之2次電子係通過物鏡36-1，且在NA開口40-1限制為適當之解析度，在片狀透鏡42-1聚焦，自軸上色像差補正透鏡44-1之物點43產生放大像。此像係藉由軸上像差補正透鏡44-1在點47-1與點48-1成像，而滿足非分散之維納條件。繼之，點48-1之像係由放大透鏡49-1與50-1經2段放大，在檢測器D成像放大像，由此形成2維圖像。
在NA開口40-1之上下，配置具傾斜之密封用的管39-1與41-1，用以防止電磁偏轉器35-1之偏轉磁場漏洩於2次電子光束之軌道。因在該管之透鏡側具有大徑且在NA開口側呈小徑之傾斜，可防止2片靜電透鏡之特性劣化，亦可使電極小型化。
第6A圖為自第6圖箭頭b方向觀看看第6圖所示之電子束裝置之電磁偏轉器35-1之圖。電磁偏轉器35-1係具有連接磁隙53-1之坡莫合金鐵心151-1，在該坡莫合金鐵 心51-1捲繞有激勵線圈55-1。
電磁偏轉器35-1係使約2mm之磁隙53-1之形狀如第6圖所示在光束入射點及光束出射點與光束軌道成直角。且具有以坡莫合金鐵心51-1連結磁隙53-1之形狀。
自磁隙向紙面上側延伸之坡莫合金鐵心54-1係避開光軸繞至圖右側，而延伸至紙面背側。於是朝左側彎曲而連接位於紙面背側之間隙。
第5實施形態中，如以與第5圖所示之第4實施形態共通之說法，其特徵為：通過光束分離器(即電磁偏轉器)35-1之光束光路長度，係在需要低像差之2次電子光束側較短(在此例中為零)，在未必需要低像差之1次電子光束側較長。
第7圖為第5圖所示之第4實施形態之軸上色像差補正透鏡5-1及第6圖所示之第5實施形態之軸上色像差補正透鏡44-1之剖面圖(與光軸正交之1/4剖面圖)。軸上色像差補正透鏡係在中央部成像1次而滿足非分散之條件。 於該軸上色像差補正透鏡，電極兼磁極(電磁極)57-1係具備光軸附近之放射狀面58-1、及捲繞有激勵線圈59-1之面64-1。面64-1之板厚係隨著朝向外側而變薄，但是最外端會因需鎖固螺栓而變厚。在各面交叉或連接之部分則全部為曲面，以避免形成銳角邊緣。例如，電磁極57-1之最接近光軸的部分係設定為0.5R左右，面58-1與64-1之連接部分係設定為100R左右，電磁極57-1之最外端之左右端係設定為5R左右。
軸上色像差補正透鏡係復在各激勵線圈59-1外側覆蓋金屬套，並藉由金屬套予以密封，俾使該線圈之被膜用絕緣物自光軸方向無法看到，並且使墊片56-1之表面帶電亦不致因該電荷產生之電場向光軸方向洩漏。鄰接之金屬套之間隔係設定為能避免放電之最小寬度。電磁極57-1係在位置63-1對鐡心55-1之周方向由螺栓固定2處以上。
於本發明之第4及第5實施形態中，如上所述分離1次電子光束與2次電子光束之光束分離器，由於需要低像差之1次電子光學系統側之電子光束通過軌道比2次電子光束通過軌道短，因此可使由光束分離器產生之1次電子光學系統之像差變小。再者，由於無需將光束分離器配置於與試料面共軛之位置，因而可大幅縮短光路長度，而可減小空間電荷效應。
再者，於具有映像投影型之電子光學系統之第5實施形態中，因2次電子光束不通過光束分離器，可抵消在光束分離器產生之像差。
第8圖為本發明之電子束裝置之第6實施形態概略圖。於此第6實施形態中，自電子槍G放出之電子束係在聚焦透鏡2-2聚焦，以同樣之強度照射多開口3-2。通過多開口3-2而成為多光束之光束，係在旋轉調整透鏡4-2與縮小透鏡5-2被2段縮小，且在位置22-2作成縮小像。此位置22-2為軸上色像差補正透鏡6-2之物點，此透鏡係在位置23-2形成具等倍之負軸上色像差之像。此像係在物鏡10-2被縮小而在試料S上作成縮小像。
軸上色像差補正透鏡6-2係12極電極兼磁極形成為放射狀之維納濾波器，自物點22-2放出之光束會在濾波器中央一次成像，並賦予電磁場俾在位置23-2作成等倍之像。由此，維納濾波器為非分散，則能量不同之光束亦在位置23-2成像於同一XY位置。將此條件稱之為非分散維納條件，並賦予電磁界俾使電場與磁場正交。再者，藉由對12極子賦予4極子電場與4極子磁場，即可使其產生負軸上色像差補正係數。亦即，在位置23-2能量高之光束係在位置23-2之電子槍G側成像，而能量低之光束則在位置23-2之試料S側成像。將此位置23-2之像經由物鏡10-2而成像於試料S時，因物鏡之正軸上色像差，故所有能量之電子束在同一部位成像。定量而言，使軸上色像差補正透鏡6-2作成之負軸上色像差係數之絕對值、與物鏡10-2之物點之軸上色像差係數一致，則可在試料S獲得無軸上色像差之圖像。
當具有軸上色像差時，限制在20mrad以下之開口角，即使因進行軸上色像差補正而加大至30mrad以上，亦可獲得25nm以下之解析度，在60mrad之開口角亦可獲得50nm以下之解析度。設為60mrad之開口角時，可獲得20mrad之開口角時的9倍之光束電流，可進行高速評估。
第8圖中之9-2為由電磁偏轉器所成之光束分離器，由電磁偏轉器7-2補正偏轉色像差。1次電子束係藉由靜電偏轉器8-2、13-2掃描試料S之面上。進行圖案評估時，及如後所述改變焦距條件來測定Z位置(Z方向位置，即軸 線方向位置)時，係以自試料面38.7mm之位置24-2為偏轉中心。此係由模擬求得使慧形像差與偏轉色像差之和為最小值者。而且，如後所述取得訊號波形來測定Z位置時，為了使1次光束取得11-2或12-2之軌道，而以17-2或18-2為偏轉中心。此等位置為接近試料S之位置。
對於軸對稱透鏡15-2施加不致引起放電程度之正高電壓，使球面像差變小。14-2係能以100V前後之電壓調整±50μm左右之焦距位置之動態焦距用圓筒電極。
再者，欲使透鏡之焦距高速變化時，在電磁透鏡時大多採用設置動態焦距線圈來改變此線圈電流之方法。若以約100V前後之電壓變化即可將焦距變化為所需值，則可以更高速獲得動態焦距。於本實施例中，藉由在物鏡之磁場非零之部位設置軸對稱電極14-2，以進行焦距調整。亦即，對軸對稱電極14-2施加正電壓時，通過該電極之光束能量略變高，可稍微拉長焦距，反之，施加負電壓時聚焦力略變強，可使焦距變短。
在光束分離器9-2所分離之2次電子係經過放大透鏡19-2，20-2調整倍率，由檢測器(多方檢測器)D檢測出。在此透鏡20-2係使用旋轉透鏡，使由該透鏡將2次電子像之方向與檢測器之排列方向一致。
接著，參照第9A圖、第9B圖、及第10圖，說明使用本發明之電子束裝置，在評估圖案中測量試料面之Z位置之方法。惟於以下之設明，係以與第8圖所示之第6實施形態相關來說明，但即使於其他實施形態之電子束裝置， 當然亦可同様地測量Z位置。於第10圖中之31-2為切割線，32-2為一條帶，33-2為以電子光學系統之視野，具有例如200μm×50μm之尺寸。34-2為晶片之圖案區域。試料S係向箭頭c所示之Y方向連續移動。視野33-2進入圖案區域34-2時，使光束朝35-2所示之存在2條不同寬度之X方向或Y方向圖案之部位移動，因此藉由偏轉器8-2、13-2朝圖案之直角方向掃描光束。結果，偏轉中心將如17-2(第8圖)所示，如在試料S面之上面時，光束行進之方向將成為實線箭頭d所示之方向，如38-2所示，首先獲得相當於寬幅圖案之二次電子訊號，接著獲得相當於窄幅圖案之二次電子訊號。此時，將偏轉中心移動至如18-2(第8圖)所示之比試料S面之更下方處，並賦予相同掃描訊號時，光束行進之方向將成為如虚線箭頭e所示方向，2次電子訊號首先獲得相當於窄幅圖案之訊號，接著獲得相當於寛幅圖案之訊號，因而獲得39-2所示之訊號波形。
線間隔11 除以訊號波形之電壓脈衝間隔V1 或V2 所得之值，即將掃描靈敏度(μ/V)描繪在縱軸時，如第9B圖所示貼在直線上。再者，以2段偏轉器8-2，13-2在試料上掃描時，將施加在上段偏轉既-2之電壓、與施加在下段偏轉器13-2之電壓比率予以固定以改變電壓，藉此可在固定偏轉中心之狀態下進行掃描。如有必要改變偏轉中心時，可改變此電壓比率，固定一側之電壓，並僅改變另一側電壓而得以改變電壓比率。定義掃描靈敏度時，如以此固定側之電壓未定義，則即使改變偏轉中心亦可共同定義掃描 靈敏度。亦即，從試料至遠處設置偏轉中心時，則掃描靈敏度會變大，而且，在比試料時，更下側處設置偏轉中心掃描靈敏度為負值。第9B圖所示之掃描靈敏度(μm/V)之電壓V，係在改變偏轉中心時施加在不改變電壓側之偏轉器的電壓。
由於掃描靈敏度以直線表示，因此偏轉位置可為任意之2點。Z位置為此直線橫斷掃描靈敏度0之點。Z位置與物鏡10-2之激勵電壓之關係係預先測量而列表，因此依據該表，可自Z位置之值換算物鏡之激勵電壓。
測量以上圖案間隔之方法，需要窄幅之2個圖案。如無此圖案時，以圖案邊緣之訊號波形之上昇測量亦可。此時將如下述，改變透鏡條件，即改變物鏡條件來求得對焦條件即可。
朝與第10圖之40-2所示之圖案邊緣成直角之方向掃描光束時之訊號波形，係將焦距條件改變3條件以取得訊號時，可獲得41-2、42-2、43-2所示之波形。將橫軸作為施加於賦予焦距條件之軸對稱電極13-2之電壓，將縱軸作為訊號上昇寛度44-2來描繪，則可得如第9A圖所示之曲線。使此曲線近似2次曲線，則可獲得訊號上昇寬度最窄之物鏡的最適當電壓值Vopt。此Vopt值係與Z位置對應。因此將物鏡10-2之電壓值設為Vopt，至下一個測量為止以此物鏡之條件進行評估即可。即可在最小之模糊下進行圖案評估。
接著，針對連續移動台座之同時進行試料之評估時， 以幾mm間隔測量Z位置，是否需要微調整焦距等。此時需先估算焦距深度。如關連於第8圖之說明補正軸上色像差時，可利用30mrad以上之開口角。此時之焦距深度係容許30nm之模糊，焦距深度為30nm/30×10-3 =1μm。試料載置台或基板之Z位置之變動要因為試料S之厚度不均的變動、及台座之Z振動為主因。由此等Z位置變動之預測值，可求得如下所示之測量對焦條件之週期或測量次數。
試料S之厚度不均的變動因週期長，而台座之Z振動可決定Z位置測量之週期。以圖案評估時之速度移動台座，在台座裝設在Z方向具有感應度之加速度拾訊器(Pick-up)，以振幅模式來測量訊號波形。求得此振幅波形改變1μm所需之台座行進距離，以比其行進距離短之間隔測量Z位置而進行對焦即可。如台座為滾子軸承(rollor bearing)等之接觸支撑方式時，以1mm左右之間隔測量即可。此外，台座為空氣軸承(air bearing)等非接觸支撑方式時，即使行進100mm以上時，上下移動亦僅1μm以下，而試料之厚度變化較大，因此此等情形時在各個晶片進行測量即可。
接著說明使用本發明之電子束裝置，在獲得試料之圖像時決定台座速度之方法。此時之條件如下。
光束數：16
各光束之掃描像素頻率：50MHz/pix
掃描設定時間：10μm
條帶：200μm
像素尺寸：50nm角
Z位置測量週期：1mm間隔
對焦條件測量等之時間，由於不變更偏轉中心而使透鏡條件改變3條件之方法比改變偏轉中心之方法長，因此以此條件估算。透鏡電壓之設定係將對動態焦距用電極14-2施加之電壓僅改變100V左右而設為1ms時，則3條件與Vopt之合計4次，加上訊號取得之1ms，而合計5ms。
使台座移動1mm之距離進行圖案評估所需之時間為[(1mm×200μm)/(16×50×10-9 ×50×10-9 )]×20×10-9 s+[(10μm×100)/(50×10-9 m)]×20×10-9 s+[1mm/(16×50×10-9 )]×10μs+5ms=0.1s+0.004s+0.125s+0.005s
上式中，第1項為像素掃描時間(以16條光束掃描1mm×200μm之面積之時間)，第2項為取得訊號波形之時間(例如於第9A圖之實施例中，取得電壓V1及V2值所需之時間)，第3項為掃描設定時間(以16條光束掃描1mm×200μm之面積的反覆次數與往返所需時間之積)，第4項為算出焦距之時間。
因此，台座移動速度可算出為1mm/(0.1+0.004+0.0125+0.005)sec=8.51mm/sec
在Z位置測量用之掃描時間與Z位置算出時間0.005秒間，台座移動之距離為 8.51mm/s×0.005s=42.5μm
因此，在測量Z位置之前使光束朝Y方向(台座移動方向)移動42.5μm，再測量Z位置時，完成Z位置測量需要花費0.005秒。而在其間台座已移動42.5μm，因此可立刻進行圖案評估。
因此，Y方向之視野尺寸需要42.5μm以上。此值表示需要條帶寬度200μm之1/4左右之視野尺寸。(如上述條件所示，台座速度為條帶之函數)。如此測量Z位置之前，使光束朝試料台移動方向移動條帶寬度之1/4以上後，再進行Z位置測量即可。
如此完成Z位置測量時，被評估圖案進入Y方向之視野中心，可在Y方向之視野中心進行評估。再者，於上述例中，以對焦條件測量間隔為1mm間隔時求出台座速度，但是一般台座時之台座速度，可由對焦條件測量間隔份之像素掃描時間、取得訊號波形時間、掃描設定時間、焦距算出時間而求得。
於習知例中，一般係使用超高精密度之台座，製作相當於晶圓厚度不均之試料面之Z映像(Map)，進行動態對焦。如此方法係在製作Z映像需花時間且降低處理能力，並且有台座之Z位置再現性需高精密度而造成台座過於昂貴之問題。本發明係如上所述，藉由在進行圖案評估之前進行對焦，即可無需製作Z映像，而可實現高處理能力，同時無需昂貴之台座，且即使使用經補正軸上色像差之大開口角之電子光學系統時，亦可減少焦點偏移，可高精密 度地評估試料。
於半導體晶圓檢查步驟中，使用本發明之上述各實施形態之電子束裝置時，即使為具有微細圖案之半導體裝置，亦可在無2次電子圖像之像障礙狀態下高精密度地檢查缺陷，因而可提高製品之良品率，防止缺陷製品流出。
再者，本發明之圖案評估亦可適用於光罩、光柵(reticle)、晶圓等試料之缺陷檢查、測量線幅、對位精密度、電位對比測量等，廣為適用於試料之圖案評估。
以上為說明適用本發明之實施形態，但是本發明並不受限於此等實施形態之構成，相關業者可進行各種變形、變更。
1‧‧‧多開口構件
2‧‧‧聚焦透鏡
3、4‧‧‧縮小透鏡
5、50、80‧‧‧NA開口構件
6‧‧‧像差補正透鏡
7‧‧‧第1掃描偏轉器
8‧‧‧光束分離用前置偏轉器
9、23、59、86‧‧‧物點
10、60‧‧‧中間點
11、61‧‧‧像點
12、35-1、49、77‧‧‧光束分離器
13‧‧‧第2掃描偏轉器
14、15-2‧‧‧軸對稱電極
14-2‧‧‧動態焦距用圓筒電極
15‧‧‧第1MOL偏轉器
16‧‧‧第2MOL偏轉器
17、51‧‧‧物鏡
18、53、53-1‧‧‧磁隙
19‧‧‧2次電子像形成透鏡
19-2、20-2‧‧‧放大透鏡
20、53、82‧‧‧像差補正透鏡
21、55、83‧‧‧第1放大透鏡
22、57、85‧‧‧第2放大透鏡
23-2‧‧‧位置
24‧‧‧點
30‧‧‧維納濾波器
31、51、54-1‧‧‧波莫合金鐵心
31-2‧‧‧切割線
32‧‧‧玻爾
35‧‧‧固定手段
41、43、46‧‧‧對軸偏轉器
44、71、72‧‧‧聚焦透鏡
47‧‧‧成形透鏡
48‧‧‧1次電子束軌道調整用偏轉器
52‧‧‧靜電偏轉器
54、84‧‧‧輔助透鏡
55-1、59-1‧‧‧激勵線圈
56-1‧‧‧墊片
57-1‧‧‧電磁極
58、76‧‧‧偏轉器
58-1‧‧‧放射狀面
62至65‧‧‧CCD裝置
63-1‧‧‧位置
64-1‧‧‧面
73‧‧‧開口構件
74、75‧‧‧透鏡
78‧‧‧第1物鏡
79‧‧‧光束執道修正偏轉器
81‧‧‧第2物鏡
101‧‧‧標印板
102‧‧‧標印孔
103‧‧‧中標印孔
104‧‧‧大標印孔
105‧‧‧標印
331、332、333、‧‧‧、3312‧‧‧電磁極
341、342、343、‧‧‧、3412‧‧‧絕緣墊片
351‧‧‧墊片
501‧‧‧正方形孔
502‧‧‧環狀孔
511‧‧‧中央電極
5111 ‧‧‧圓板部分
5112 ‧‧‧圓筒部分
512、513、781至783‧‧‧電極
A、B、C‧‧‧電子光學系統
D‧‧‧檢測器
d1 、d2 、d3 、d4 ‧‧‧距離
E‧‧‧控制系統
G‧‧‧電子槍
L‧‧‧光軸
S‧‧‧試料
第1圖係本發明之電子束裝置之第1實施形態之概略圖。
第1A圖係在第1圖所示之電子束裝置所具備之像差補正透鏡之縱剖面圖，表示沿第1B圖之線X-X之剖面，同時與此剖面對應表示第1圖之像差補正透鏡之磁場強度及電場強度之分布曲線。
第1B圖係在第1圖所示之電子束裝置所具備之像差補正透鏡之橫剖面圖，表示沿第1圖A之線Y-Y之剖面。
第2圖係本發明之電子束裝置之第2實施形態之概略圖。
第2A圖係在第2圖所示之電子束裝置具備之NA開口構件之平面圖。
第2B圖係在第2圖所示之電子束裝置具備之檢測器之CCD檢測器之排列圖。
第3圖係本發明之電子束裝置之第3實施形態之概略圖。
第4A圖係本發明之電子束裝置可使用之標印器(Marker)的平面圖。
第4B圖係沿著第4A圖之線Z-Z之剖面圖。
第4C圖係對軸不適當時標印器孔之圖像。
第4D圖係對軸適當時標印器孔之圖像。
第4E圖係實際上之標印器孔之圖像。
第4F圖係代替之標印器孔之圖像。
第5圖係本發明之電子束裝置之第4實施形態之概略圖。
第5A圖係在第5圖所示之電子束裝置具備之電磁偏轉器之構成圖。
第5B圖係在第5圖所示之電子束裝置具備之電磁偏轉器之構成圖。
第5C圖係在第5圖所示之電子束裝置具備之電磁偏轉器之構成圖。
第6圖係本發明之電子束裝置之第5實施形態之概略圖。
第6A圖係在第6圖所示之電子束裝置具備之電磁偏轉器之構成圖。
第7圖係在第5圖及第6圖所示之電子束裝置具備之 軸上色像差補正透鏡之構成剖面圖。
第8圖係本發明之電子束裝置之第6實施形態之概略圖。
第9A圖係求出本發明之電子束裝置之最適對焦條件的說明圖。
第9B圖係求出本發明之電子束裝置之最適對焦條件的說明圖。
第10圖係本發明之電子束裝置所實施之圖案評估方法之說明圖。
1‧‧‧多開口構件
2‧‧‧聚焦透鏡
3、4‧‧‧縮小透鏡
5‧‧‧NA開口構件
6‧‧‧像差補正透鏡
7‧‧‧第1掃描偏轉器
8‧‧‧光束分離用前置偏轉器
9、23‧‧‧物點
10‧‧‧中間點
11‧‧‧像點
12‧‧‧光束分離器
13‧‧‧第2掃描偏轉器
14‧‧‧軸對稱電極
15‧‧‧第1MOL偏轉器
16‧‧‧第2MOL偏轉器
17‧‧‧物鏡
18‧‧‧磁隙
19‧‧‧2次電子像形成透鏡
20‧‧‧像差補正透鏡
21‧‧‧第1放大透鏡
22‧‧‧第2放大透鏡
24‧‧‧點
A、B、C‧‧‧電子光學系統
D‧‧‧檢測器
G‧‧‧電子槍
L‧‧‧光軸
S‧‧‧試料

Claims (7)

  1. 一種電子束裝置，係對試料照射1次電子光束，藉此使自試料放出之2次電子以光束分離器與1次電子光束分離，經由2次電子光學系統檢測出所分離之2次電子者，其特徵為：光束分離器為磁性偏轉器，構成為通過1次電子光束及2次電子之一方之區域較短，通過另一方之區域為上述較短區域之2倍以上。
  2. 如申請專利範圍第1項之電子束裝置，其中，光束分離器係由連接2片磁極面之強磁性體、及捲繞於該強磁性體之激勵線圈所構成。
  3. 如申請專利範圍第1項之電子束裝置，其中，2次電子光學系統係映像投影光學系統，光束分離器係構成為使1次電子光束偏轉第2角度，以由試料面之法線傾斜小角度之第3角度入射於試料上，而使2次電子偏轉之第1角度成為零。
  4. 如申請專利範圍第3項之電子束裝置，其中，光束分離器係由連接2片磁極面之強磁性體、及捲繞於該強磁性體之激勵線圈所構成，2次電子光學系統係在其光軸周圍具備軸對稱遮蔽，可防止由光束分離器產生之磁場侵入光軸。
  5. 一種電子束裝置，係具備：電子槍，放出1次電子光束；電磁偏轉器，使1次電子光束偏轉； 光束分離器，將1次電子光束與該1次電子光束照射於試料時自該試料放出之2次電子予以分離；及檢測器，檢測出2次電子光束；其中光束分離器係構成為，2次電子光束行進於該光束分離器之距離係1次電子光束行進於該光束分離器之距離之3倍。
  6. 如申請專利範圍第5項之電子束裝置，其中，電磁偏轉器係設定為，使1次電子光束朝與光束偏轉器所偏轉之方向相反的方向偏轉，並設定成使因該電磁偏轉器之偏轉在該1次電子光束產生之偏轉色像差、與因光束分離器之偏轉在該1次電子光束產生之偏轉色像差之絕對值相等。
  7. 一種藉由電子束裝置來評估形成於試料上之圖案之評估方法，其特徵為包含：使1次電子束僅偏轉小角度而入射於光束分離器之步驟；藉由光束分離器，使1次電子束朝與試料垂直之方向偏轉而照射於試料之步驟；藉由光束分離器，使自試料面放出之2次電子大幅偏轉而引導至2次電子光學系統之步驟；及藉由檢測器，檢測出經由2次電子光學系統所接受之2次電子之步驟。
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