JP4896877B2 - 収差補正装置及び収差補正装置を操作するための方法 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は検査システム、試験システム、リソグラフィシステムなどのための荷電粒子ビーム装置に関する。特に、本発明は荷電粒子ビーム装置のための収差補正装置に関する。また、本発明はそれらを操作するための方法に関する。

発明の背景

荷電粒子ビーム装置は、これらに限定はされないが、製造過程での半導体デバイスの検査、リソグラフィのための露光システム、検出装置及び試験システムを含む複数の産業分野において多くの機能を有する。このようなマイクロメートル及びナノメートルの大きさにおいて、被検査物を構成し検査することに高い需要がある。

マイクロメートル及びナノメートルの大きさのプロセス制御、検査若しくは構造化は、しばしば、例えば、電子ビームなど荷電粒子ビームにより行われる。この荷電電子ビームは、電子顕微鏡若しくは電子ビームパターン発生器などの荷電粒子ビーム装置において、生成され、焦点が合わされる。荷電粒子ビームはその短い波長により、例えば光ビームなどと比べると、より優れた空間分解能をもたらす。

半導体の分野において用いられる荷電粒子ビーム装置には、ＣＤ（クリティカルディメンション）計測及びＤＲ（欠陥検査）装置と同様に、リソグラフィ装置、検査装置が含まれる。典型的には、低い電位の電子顕微鏡が半導体基板へのチャージ及びそれに起因する損傷を避けるために、半導体の検査及び計測のために用いられる。

しかしながら、現在の低電位の電子顕微鏡においては、収差は達成可能な分解能を１ｋｅＶ電子エネルギーあたり、およそ３ｎｍに制限し、多大な努力がレンズの収差、特に、対物レンズの収差を最適化するためになされてきた。近年、レンズの最適化は限界にまで行われ、収差の補正がより一層層要になってきている。

低いエネルギーの応用例において、色収差が支配的である。対象物のガウス画像平面における色収差の収差ディスクの直径は荷電粒子ビームの相対的なエネルギー幅ΔＥ／Ｅに比例する。更に、分解能を増すために、単色光分光器を用いることが既に知られている。これにより、後工程の光電画像システムにより引き続き処理される電子ビームのエネルギー幅ΔＥが低減されうる。

ウイーン（Ｗｉｅｎ）フィルタは荷電粒子のための単色光分光器として知られており、このフィルタにおいては、静電型双極子フィールド及び磁場型双極子フィールドが相互に直交するよう挿入されている。例えば、ＥＰ０３０２８６９４．２（フロージアンら）には、色収差の低減をより改善するために、挿入された４極子フィールドを備えたウイーンフィルタ単色光分光器が記述されている。

しかしながら、より高い分解能が要求されるにつれ、色収差だけではなく球面収差も、より高い分解能を満たすために、低減され又は補償、すなわち修正されなければならない。全体システムの球面収差は対物レンズの機能障害により支配される。Ｋ．ホンダ及びＳ．タカシマによる「ＬＳＩ検査スキャニング電子顕微鏡における色及び球面の収差補正」JＥＯＬニュース、Ｖｏｌ．３８，Ｎｏ．１，２００３のページ３６から４０において、組み合わされた色及び球面の収差補正を行うことができる多極子補正器が記述されている。この補正器は４段の１２極ピンの多極子及び４極子フィールドを生成するための追加のコイルからなっている。この著者自身により、この補正システムはかなり複雑なので、ＳＥＭ画像は小さなエラーにより完全に失われてしまうかもしれないと説明されている。

従って、本発明の目的は、先行技術に関連する欠点を少なくとも部分的に克服することである。好ましくは、色及び球面の収差補正を行うことができる荷電粒子システムが提供されるべきである。そのようなシステムの設計は比較的複雑でないものがより好ましい。

発明の概要

この目的は独立請求項１による収差補正装置及び独立請求項２４による荷電粒子ビーム装置を操作するための方法により解決される。

更なる本発明の効果、特徴、特性及び詳細は従属項及び詳細な説明及び添付の図面から明らかである。

本発明の一特徴によれば、収差補正装置が提供される。この収差補正装置はＺ方向が装置の光軸に一致するＸＺ平面内において、焦点を合わせたり、分散させたりする方法により動作するウイーンフィルタエレメントを含む。このウイーンフィルタエレメントはＺ方向の位置において荷電粒子ビームのクロスオーバがウイーンフィルタエレメントの中央平面（ＸＹ平面）内にほぼ位置するように位置する。更に、収差補正装置は４極子を含み、それはＸＺ平面及びＹＺ平面において動作する。４極子はＺ軸方向の位置に、そのクロスオーバが４極子の中央平面（ＸＹ平面）内にほぼ位置するように設けられる。この組み合わされた静電型及び磁場型のフィールド効果により、分散という実質的な制限なしに、色収差の低減を行うことができる。この色収差の低減に関しての、ウイーンフィルタと４極子との組み合わされた効果に関しては、ＥＰ０３０２８６９４．２（フロージアン等）の全ての開示が本明細書において参照され組み込まれる。

更に、このウイーンフィルタエレメントと４極子との組み合わされた効果は、非点収差のクロスオーバを生成せしめることである。すなわち、ウイーンフィルタエレメントの中央平面（ＸＹ平面）におけるクロスオーバは、例えばＸＺ平面内においてのみ起こり、一方、そのビームはこの点においてＹＺ平面においてクロスオーバが乃至かしながら、ウイーンフィルタエレメント及び４極子は、またＹＺ平面内において更なる非点収差のクロスオーバを生成するために調整されうる。更に、本収差補正装置は上述のクロスオーバのうちの１つの平面（ＸＹ平面）内において動作する多極子を含む。この多極子の動作は、ビームが理想的には単一の点に集中されるので、クロスオーバの平面、例えばウイーンフィルタエレメントの中央部分でのクロスオーバのＸＹ平面において効果をもたらさ乃至かしながら、荷電粒子ビームはウイーンフィルタエレメント及び４極子により生成された非点収差の画像に起因してその方向において有限の幅を有するものであるので、球面収差は直交方向において修正されうる。このようにシステムの色のみでなく球面の収差がコンパクトで簡単な設計による単一のデバイスに修正されうる。特に、本発明の実施例による収差補正装置はごく少数の能動的に制御されるエレメントを必要とするのみであり、装置の制御が比較的簡単に保たれ、誤りの源が低減されうるという効果がある。また、本装置は短い波長を用いているので、従来の装置に比べ、荷電ビームの相互作用に、より敏感ではない。更に、球面収差補正及び色収差補正は関連する光学システムの条件に従い、別個に又は組み合わされて適用されうる。

本発明の他の特徴によれば、本収差補正装置の多極子は４ｍ極を有し、ｍは２より大きいか等しい整数である。従って、多極子は８極子（ｍ＝２）、１２極（ｍ＝３）、１６極（ｍ＝４）などである。このように、４倍数のシンメトリの４極子となるが、高い次元の補正が可能となる。換言すると、多極子が、４極子の基本シンメトリを維持するだけでなく、フィールド補正をするためにも必要とされるのであれば、４より高い次元の４倍数のシンメトリのみが多極子として許容される。従って、４ｍ極のエレメントが本発明により提言される。４倍数のシンメトリが必要とされていない場合は、他のシンメトリの多極子も例えば１０極などのものは球面収差補正のために用いられうる。しかしながら、多極子は、それらが反対の符号を有している以外は、８極のフィールドの半径方向の依存性が球面収差の半径方向の依存性に一致しているので、多極子エレメントは８極のフィールドを生成することが出来るべきである。この特性により球面収差補正のためには８極子でなければならない。

更に、本発明の他の特徴によれば、ウイーンフィルタエレメント及び４極子は、非点収差のクロスオーバがウイーンフィルタエレメントの中央部分に生成されるのみではなく、追加の２ｎ個の非点収差のクロスオーバが生成されるモードにおいても動作されうる。好ましくは、この追加の２ｎ個のクロスオーバはウイーンフィルタエレメントの中央に関し左右対称に位置する。特に、ウイーンフィルタエレメントの中央部分でのクロスオーバは、２ｎ個の追加のクロスオーバの平面（ＹＺ平面）に基本的に直交する平面（ＸＺ平面）に生じる。このように、球面収差補正は２ｎ＋１個の非点収差のクロスオーバのいかなるものにおいても達成されうる。特に、Ｘ方向における球面収差補正はＹＺ平面のクロスオーバにおいて成しえ、Ｙ方向における球面収差補正はＸＺ平面のクロスオーバにおいて成し得る。本発明の特に好ましい実施例においては、球面収差補正のための多極子はいずれの非点収差のクロスオーバの部分にも位置し得、本装置の最適な補正能力が提供される。

本発明の第１の実施例によると、多極子は磁場型の多極子である。しかしながら、それらは静電型多極子としても形成されえ、又はそれらの組み合わせでもある。特に、エレメントのいくつかは磁場型であり、いくらかは静電型でもありうる。更に、本発明の更なる実施例によると、多極子は４極子に組み込まれうる。この場合４極子は４倍数のシンメトリを有することが好ましい。

本発明の更なる実施例によると、第１の荷電粒子選択エレメントがウイーンフィルタエレメントの上流側に位置する。本発明の更なる特徴によれば、第２の荷電粒子選択エレメントが前記ウイーンフィルタエレメントの下流に位置しうる。ここにおいて上流及び下流の用語は荷電粒子源から試料に向かう方向として理解される。

他の特徴によれば、第１の荷電粒子選択エレメントは荷電粒子角度依存選択エレメントであり、第２の荷電粒子選択エレメントは荷電粒子エネルギー依存選択エレメントである。このように第１の荷電粒子選択エレメントはビームの形を生成する。形成されたビームが荷電粒子エネルギーに対応して偏向されたのち、第２の荷電粒子選択エレメントが名目上のエネルギーを有していないか又は許容された偏差を有していない荷電粒子を阻止する。

第１及び第２の荷電粒子選択エレメントの特定の特性に関し、ＥＰ０３０２８６９４．２（フロージアン等）に開示された全文が本明細書において参照され組み込まれる。特に、ＥＰ０３０２８６９４．２（フロージアン等）の全文は第１及び第２の荷電粒子選択エレメントの物理的な構成及び設計に関して、本明細書において参照され組み込まれる。

別の特徴によれば、多極子、４極子、ウイーンフィルタエレメントは単一の多極のコンポーネントによりもたらされる。これにより部品の数が相互に関して調整されるべき部品の数が減少する。

また、本発明は記述された方法のステップのそれぞれを実行する装置の部分を含む、開示された方法を実行するための装置を提供するものである。これらの方法のステップはハードウエアの部品、適宜なソフトウェアによりプログラムされたコンピュータにより、又はその２つを若しくは他のいかなる方法により組み合わされたものにより実行されうる。更に、本発明は記述された装置が動作し又は製造される所の方法をも提供する。それは本装置の各機能を実行するための方法のステップを含む。

発明の詳細な説明

本件出願の保護範囲の制限することなしに、以下において、本荷電粒子ビーム装置若しくはそれらの部品は電子ビーム装置若しくはそれらの部品を例にとり例示的に説明される。これにより電子ビームは特に検査若しくはリソグラフィのために用いられる。本発明は更に試料の画像を得るために荷電粒子の他のソース、及び／又は、他の二次荷電粒子、及び／又は、反射荷電粒子を用いる装置及び部品のためにも適用されうる。

本明細書における、例えば、ＸＺ若しくはＹＺの平面に関する全ての議論はそれらの平面が基本的に相互に直交することを本技術の当業者であれば理解するであろう。本出願における理論的な議論は数学的な意味における直交座標に言及しているが、実際には、各コンポーネンツは約８０度から１００度、好ましくは８７度から９３度、より好ましくは約８９度から９１度の角度にＸＺ及びＹＺ平面が交わるように相互に位置する。

更に、本出願の保護範囲を制限することなしに、以下において、荷電粒子ビームは一次荷電粒子ビームを指すものとする。本発明は更に２次荷電粒子、及び／又は、反射荷電粒子のためにも用いられうる。これにより、例えば、画像光学における荷電粒子のエネルギー配分も制御可能となる。

更に、本出願の保護範囲を制限することなく、本出願の範囲内において、ビームの方向はＺ軸に対応する。特に言及がなければ、フィールド（領域）の長さ又はコンポーネントの長さの用語はＺ方向の大きさを意味する。

更に、本出願の保護範囲を制限することなく、本出願の範囲内において、「実質的に（ほぼ）」の用語は好ましくはＺ方向、すなわちビームの方向に沿って±５％の許容差を含むものとして理解される。

以下の図面説明において、同じ参照番号は同じ部品を指すものとする。一般に個々の実施例に関しての差異のみが説明される。

図８及び図９を参照して、ウイーンフィルタのいくつかの原理が説明される。図８ａはウイーンフィルタエレメント１２２及びその荷電粒子１２１に対する影響を図示する。２極子のウイーンフィルタエレメントは電界Ｅ及び磁界Ｂを含む。このフィールドは相互に垂直である。矢印１２１で示される荷電粒子は実効エネルギーを有する。この実効エネルギーを有する荷電粒子のみがウイーンフィルタを通ってまっすぐ通過することができる。こうして、荷電粒子１２１は光学軸から偏向される。これにより荷電粒子ビーム２０となる。

図８ａに示されるような図は多くの教科書に見られる。実際に、それはウイーンフィルタの励起を更に増加することに関連する。その例は図８ａ及び図８ｂに示されている。励起を開始すると、荷電粒子ビーム２１により示されるように、励起により偏向角度がつくようになる。しかしながらウイーンフィルタ１２２の励起が更に行われると、荷電粒子ビームは限界偏向角度に達する。更なる増加は偏向角度を失くしてしまう（図８ｂ参照）。荷電粒子は光学軸の方向に偏向される。このように、励起が増加されても偏向角度は、ある限界を超えては増加しない。

このことは図９ａを参照してよりよく理解されるかもしれない。図９ａの上部の部分は光学軸（Ｚ軸）に沿って長さＬ_１を有するウイーンフィルタ１３２を図示する。到来する荷電粒子１３１は電界及び磁界により図示のとおりとなる。ウイーンフィルタは、その分散特性に加え、投影特性を有する。図９ａの下の部分における図は偏向角度対Ｚ軸上の位置を示す。位置Ｚ_ｉ及び位置ｚ_ｉｉについて、その角度はおよそ類似している。このように、全ての励起が異なるエネルギーの荷電粒子間での分離を増加せしめるのに用いられるわけではない。

励起という用語は図９ａ及び図９ｂを比較すると、よりよく理解されうるかもしれない。図９ｂのウイーンフィルタは図９ａに示されているウイーンフィルタの長さＬ_１より短い長さＬ_２を有する。しかしながら、ビームパス３２はビームパス３０に比較されうる。これはウイーンフィルタ１３４内の電界及び磁界をより高いフィールド強度にすることにより実現され、それはより大きいフィールドの記号により示されている。この励起はウイーンフィルタの長さ及びフィールドの強度からの産物であると考えられうる。

図１０ａはウイーンフィルタ１１０のＸＺ平面内における図を図示する。所定の角度によりウイーンフィルタ１１０に入る、例えば電子などの荷電粒子は、ビームのパス１０の軌跡をとる。同じシステムが図１０ｂに示されている。所定のオフセットを有して光学軸に対して平行なウイーンフィルタ１１０に到来する異なる電子は、例えばビームパス１１の軌跡をとる。上述のビームパス１０及び１１の両者はＸＺ平面内でのウイーンフィルタ１１０の集束作用により生成される。上述したように、このＸＺ平面内の集束作用は、増加する励起の場合においては、偏向角度についての上限となる。

図１０ｃはウイーンフィルタのフィールドが４極子３１０のフィールドに重なっているシステムを図示する。４極子はＸＺ平面内において焦点外し効果を有するよう配置されている。４極子３１０の励起はその焦点外し効果及びウイーンフィルタ１１０の集束効果が相互に打ち消しあうように選ばれる。このように光学システム１１０／３１０に到来する電子はＸＺ平面内でいかなる集束作用をも受けない。図１０ｃに示されるように、ビームパス１３ａ及び１３ｂにより示されるように、粒子はシステムを真っ直ぐに通過する。

ＹＺ平面内での組み合わされたウイーンフィルタ−４極子の光学システムの効果が図１０ｄを参照してなされる。ウイーンフィルタ１１０ａは破線で描かれている。その破線は２極のウイーンフィルタはＹＺ平面内において電子にいかなる影響も及ぼさないことを示している。よって、電子はＹＺ平面内において４極子のみにより影響を受ける。ＸＺ平面内において焦点外し効果を有する４極子３１０は、ＹＺ平面内において集束効果を有している。例示的なビームパス１３ａ及び図１３ｂは図１０ｄに図示される。

上述したように、ウイーンフィルタ１１０及び４極子３１０の組み合わせはＹＺ平面内に集束効果が残らないように配置されうる。このように、励起は、例えば図９ａに示されるように、投影図なしに、更に増加されうる。それにもかかわらず、ウイーンフィルタエレメント１１０は実効エネルギーを有する電子の散乱をもたらす。このように、励起はウイーンフィルタの集束効果により与えられる限界を更に超えて増加されうる（図８ａから図９ｂを参照）。よって、実効エネルギーを有する荷電粒子はビームから取り除かれ、荷電粒子ビームのエネルギー幅は減少される。こうして色収差はかなり低減される。

しかしながら、色収差が低減されるにつれ、球面収差が作用し、分解能の制限要素となる。従って、多極子が球面収差を修正するためにもたらされる。以下において、球面収差と同様、色収差を修正することができる装置が図１を参照して説明される。

図１はウイーンフィルタエレメント１１０、４極子３１０及び多極子４１０を含む収差補正装置１００の断面図である。ウイーンフィルタエレメント１１０及び４極子３１０は上述の組み合わされたウイーンフィルタ４極子に対応する。

図１ａに示された実施例においては、多極子４１０が軸に対し左右対称の８極子として形成されている。それは左右対称の軸に沿って光学軸（Ｚ軸）に揃っている。多極子４１０はウイーンフィルタエレメント１１０、４極子３１０及び光軸（Ｚ軸）に揃い、それらの中心は光軸に沿ってほぼ同心となる。しかしながら、８極子４１０のための異なる位置が参照番号４１０′及び４１０′′に示されるように光軸に沿って選ばれうる。後で説明されるように、多極子４１０、４１０′、４１０′′の位置は、その作用の平面、すなわち、多極子フィールドが有効である平面が、荷電粒子ビームの非点収差のクロスオーバと、ほぼ一致するように選択される。

この点において、いくつかの用語についての短い説明が図１１を参照して行われる。図１１において光軸上に位置する１つの点がレンズにより投影される。この軸上の点から出現する光線の束は２つの直交平面、すなわち、いわゆる矢状軸方向の広がりといわゆる接線軸方向の広がりの２つの平面上において調べられる。また、接線軸方向の広がりは経線方向の広がりともよばれる。この応用例全体にわたり接線及び経線の用語は相互交換可能に用いられる。

レンズの非点収差により、軸上に無い点からの光線の束は単一の点に集束されない。むしろ矢状軸方向の平面に位置する光線は矢状軸方向の集点（又はサジタルクロスオーバ）に集束され、経線方向の平面に位置する光線は経線焦点（若しくはメリディオナルクロスオーバ）に集束される。緯線上及び経線上の焦点間の距離は非点収差の差違とよばれる。従って、ビームは経線クロスオーバでのサジタル平面におけるかなりの幅を有し、サジタルクロスオーバにおいて経線平面でのかなりの幅を有する。この応用例においてそのようなクロスオーバは非点収差のクロスオーバとよばれる。

図１に戻ると、本発明による収差補正装置の更なる実施例が図１ｂに示されている。同図において、また、ウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０及び多極子４１０が設けられている。更なる多極子４１１、４１２も収差補正装置に含まれている。多極子４１１及び４１２は、ウイーンフィルタエレメント１１０の中央に関し、光軸に沿って左右対称に設けられており、多極子４１０に関しても左右対称に設けられている。多極子４１０、４１１、４１２の位置が調整されて、それらの作用平面、すなわち各多極フィールドが有効である平面は、荷電粒子ビームのそれぞれの非点収差のクロスオーバと一致する。好ましくは、多極子４１０、４１１、４１２は、多極子４１１及び４１２が緯線方向のクロスオーバの１つの平面内で作用する場合、多極子４１０が経線のクロスオーバの１つの平面において作用し、多極子４１１及び４１２が経線方向のクロスオーバの１つの平面内で作用する場合、多極子４１０が緯線のクロスオーバの１つの平面において作用するよう調整される。

８極子として記述されてきたが、図１ａの多極子４１０、若しくは、図１ｂの多極子４１０、４１１、４１２は、８極子フィールドの配分が多極子エレメントにより生成される限り、８極子以外の設計でもよいことは理解されるべきである。例えば、多極子４１０、４１１、４１２は１２極又は１６極として設計されてもよい。好ましくは、多極子４１０、４１１、４１２はｍが２より大きい所の４ｍの形の４倍数のシンメトリを有する。このように、４極子３１０のシンメトリが維持され、多極子４１０、４１１、４１２は容易に４極子３１０に組み込まれる。好ましくは、ウイーンフィルタエレメント１１０、４極子３１０、及び多極子４１０、４１１、４１２は一体的に形成される。しかしながら、多極子４１０、４１１、４１２は、もし４倍数のシンメトリが必要とされていなければ、１０極などのように形成されてもよい。更に、多極子４１０、４１１、４１２は同じもの、例えば８極であるかもしれないが、異なる設計のものでもよい。例えば、多極子４１１及び４１２が８極であり、多極子４１０が１２極である。また、多極子４１０、４１１、４１２は静電型の多極子、磁場型の多極子、若しくはそれら２つのタイプの組み合わせであってもよい。

図２ａは本発明による収差補正装置の更なる実施例を図示する。この実施例による装置は図１ｂに示されるような装置１００を含む。更に、第１の荷電粒子選択装置５１０が装置１００の上流側に設けられる。また、第２の荷電粒子選択装置５１１が装置１００の下流側に設けられる。第１の荷電粒子選択エレメント５１０は荷電粒子ビームの一部分を阻止することができる。これにより、所定の定義された形を有する荷電粒子ビームが生成されうる。荷電粒子の角度の広がりが制限されうるので、このビーム形成絞り手段５１０は角度依存選択エレメントであると考えられる。

装置１００の下には第２の荷電粒子選択手段５１１が設けられる。この選択手段の絞りは公称エネルギーを有する荷電粒子若しくは許容されたエネルギー偏差を有する電子が、その電子選択手段を通過し、阻止されないように形成される。公称エネルギーＥｎから偏差するエネルギーを有する電子の部分はこの電子選択手段により阻止されうる。光学システム１００の後工程に位置する絞り手段５１１はＥｎから偏差するエネルギーを有する電子を阻止する能力があるため、荷電粒子エネルギー依存選択手段であると考えられうる。

本発明の収差補正装置の更なる実施例が図２ｂに示されている。その基本設計は図２ａに示されている装置と同じである。しかしながら、第１のレンズ６１０が装置１００及び絞り５１０の上流側に設けられている。また、第２のレンズ７１０が装置１００及び絞り５１１の下流側に設けられている。レンズ６１０、７１０はレンズの形をした図形により示されているが、これらの図形はレンズのフィールドの作用を象徴化するもののみであると理解されたい。これらのレンズのフィールドは電界型若しくは磁場型のレンズ（図示せず）又はそれらの組み合わせにより生成される。好ましくは、レンズ６１０、７１０はイマージョンレンズとして形成される。

第１のレンズ６１０は荷電粒子ビームをフォーカスするようになっている。第１のレンズ６１０は減衰レンズであるかもしれ乃至かしながら、それに限定されることなく、第１のレンズ６１０として増幅レンズを有することは、より典型的である。典型的には、それに限定されることなく、第２のレンズ６１０は減衰レンズである。図６及び図７を参照して後で説明するように、このレンズはそれらに対応する絞りの上流若しくは下流に位置する。

次に、本発明による収差補正装置の実施例の動作が図３を参照して説明される。本発明の範囲の制限することなく、本収差補正装置は電子ビームシステムにおいて用いられる。このシステムは電子ビームをフォーカスする第１のレンズ６１０を含む。電子選択手段５１０は電子ビームの一部分を阻止する。これにより、定義された形を有する電子ビームが生成される。

形作られた電子ビームは収差補正装置１００に入力される。投影のために、システムの中央がＸＺ平面の非点収差のクロスオーバの所にほぼ位置するように装置１００は位置付けられる。公称エネルギーＥｎから偏差するエネルギーを有する電子は、ウイーンフィルタによりもたらされる分散により影響を受け、偏向される。光学システム１００の下に、第２の選択手段５１１がある。この選択手段の絞りは、公称エネルギーを有する電子若しくは許容されたエネルギー偏差を有する電子が電子選択手段を通過し、阻止されないように形成される。Ｅｎの公称エネルギーから偏差するエネルギーを有する電子の部分は電子選択手段により阻止される。電子エネルギー依存選択手段５１１の絞りを通過する電子はレンズ７１０により投影される。

図からわかるように、８極子４１０はウイーンフィルタ１１０の中央部分の所の非点収差のクロスオーバの所に位置し、それはクロスオーバを介して伸びるＸＹ平面におけるビームに影響を与える。電子ビームはＸ方向においてほぼ０の幅を有しているので、８極子４１０により生成される８極子のフィールドはＹ方向におけるビームのみに作用する。このようにＹ方向における球面収差は８極子４１０により補正される。

さて、光学システム１００を介するビームのパスはＹＺ平面において記述されている。ＹＺ平面において、電子ビームはＹ方向における４極子の集束作用により投影される。しかしながら、ＹＺ平面内には、電子ビームを投影する複数の定義された励起レベルが存在し、実質的に集束効果はない。そのような定義された励起レベルにおいて、電子ビームはＹＺ平面において２ｎ個（ｎ≧１）の非点収差のクロスオーバを有する。これらのクロスオーバはウイーンフィルタ１１０の中央平面に関し左右対称に位置する。このように、システム１００に入力するビームはシステムの出口の所で映像化される。

８極子４１０と同様に、８極子４１１及び４１２がＹＺ平面に生じる非点隔差のクロスオーバの所で位置する。これらのクロスオーバにおいて、電子ビームはＹ方向における殆ど０の幅を有し、しかしＸ方向においては有限の幅を有する。従って、８極子４１１及び４１２はＸ方向に沿った電子ビームのみに実質的に作用する。従って、８極子４１１及び４１２はＸ方向における球面収差を補正するために用いられる。

ＸＺ平面内及びＹＺ平面内の非点収差のクロスオーバは緯線方向若しくは経線方向のクロスオーバであることが理解されるべきである。特に、ＸＺ平面内のクロスオーバが緯線方向若しくは経線方向のクロスオーバであるかいなかは純粋に便宜の問題である。しかしながら、ＸＺ平面内のクロスオーバが経線方向のクロスオーバであると定義されると、ＹＺ方向のクロスオーバは緯線方向のクロスオーバ及びそのまた逆である。このように、クロスオーバは、そのうちの１つを経線方向若しくは緯線方向に決め、残りのクロスオーバが決定されることによって分類されうる。

次に、本件出願の方法の特徴が説明される。まず、荷電粒子が生成されなければならない。この荷電粒子は送出され、公称エネルギーＥｎまで加速される。これにより、電子ビームはデルタＥのエネルギー幅を有する。電子は光学鏡筒を通過し、これにより電子ビームエネルギー幅低減システムの一部である４極子がレンズにより照明され、非点収差した、すなわち、丸い電子ビームがウイーンフィルタ／４極子に入力する。ウイーンフィルタ／４極子内で電子は偏向される。偏向角は電子α（Ｅ）エネルギーの関数である。エネルギー依存偏向はＸ方向においてなされる。電子はＸＺ平面内で集束されず、ＹＺ方向においてもほとんど集束され乃至かしながら、非点収差した電子ビームの非点収差の投影図はウイーンフィルタ及び４極子の組み合わされた作用により作られる。この球面収差は電子ビームの非点収差のクロスオーバに位置する多極子によって補正される。最後に、それらのエネルギーによって偏向された電子は電子エネルギー依存選択コンポーネンツにより選択される。

上述に説明された方法は更に拡張されるかもしれない。特に、電子ビームは前記第１のレンズにより集束され、クロスオーバが実質的にウイーンフィルタ／４極子の中央の部分の所で生成される。しかしながら、第１のレンズはウイーンフィルタ／４極子の中央の所でクロスオーバの生成のためには本質的でないことが理解されるべきである。むしろ、そのようなクロスオーバはアノードレンズ７（図６ａ及び図６ｂ参照）により生成されえるかもしれない。更に、荷電粒子ビームはウイーンフィルタ／４極子の下流にある第２のレンズによっても、形成される。特に、第２のレンズと対物レンズとの間のクロスオーバが生成される。

上述の方法は光学システムにおいて色及び球面の収差を同時に補正するのに用いられうる。

図４ａから図４ｃはウイーンフィルタ／４極子及び８極子の組み合わせの異なる実施例を図示する。この図はＺ軸の方向の図である。図４ａにおいて、組み合わされた静電型／磁場型ポール９１２及び９１３の磁気コンポーネンツと共に、静電ポール９０２及び９０３はウイーンフィルタエレメントを形成する。この静電型ポールはＸ方向において電界を生成し、一般にコイルにより励起される磁界ポールはＹ方向において磁界を生成するのに用いられる。このように、ポール９０２、９０３、９１２及び９１３は２極のウイーンフィルタエレメントを形成する。

更に、静電型コンポーネンツがポール９１２及び９１３の所に設けられる。これらの静電型コンポーネンツは静電型ポール９０２及び９０３と共に、静電型４極子を形成し、それらはウイーンフィルタのＸ方向における集束のための補償を行うのに用いられる。ウイーンフィルタエレメント及び４極子はポールを共に使う。このように、これらの２つのエレメントは１つのコンポーネントとして設けられる。これにより、更に簡略化された構成及び調整が実現されうる。

更に、静電型ポール９３２から９３５が設けられ、ウイーンフィルタ／４極子のポール９０２から９１３に関して約４５度回転される。ともに、この静電型コンポーネンツは例えばＹ方向において球面収差を補正するのに用いられうる静電型の８極子を形成する。また、この８極子は組み合わされたウイーンフィルタ／８極子とポールを分け合う。

図４ｂは図４ａのそれらに似た実施例を図示する。しかしながら、図４ａの静電型ポール９３２から９３５は磁場型ポール９３２から９３５に置き換えられる。更に、ポール９１２及び９１３の静電型コンポーネンツは取り除かれ、磁気コンポーネンツがポール９０２及び９０３に追加されている。このように、ウイーンフィルタエレメントはポール９０２及び９０３の静電型コンポーネンツにより形成され、磁場型４極子はポール９０２及び９０３の磁気コンポーネンツ及び磁気ポール９１２及び９１３により形成され、最後に、８極子はポール９０２及び９０３の磁気コンポーネンツと共に、磁気ポール９１２から９３５により形成される。再び、ウイーンフィルタエレメント、４極子及び８極子はポールを共に使う。

図４ｃは本発明による装置の組み合わされた静電型／磁場型の実施例の図を図示する。これにより、２つの静電型及び２つの磁場型ポールが２極のウイーンフィルタを形成する。更に、１つの静電型及び／又は磁場型４極子フィールドが生成されうる。更に、８極子フィールドが、試料上の荷電粒子ビームの造影の間にもたらされる球面収差のための補正を行うために生成されうる。追加の２極フィールドがビームを調整するために生成されるかもしれない。

本発明の更なる実施例が図５ａに関して説明される。図５ａはＸＺ平面内の収差補正装置の側面図を図示する。収差補正装置１００は、例えばそれが図４ａから図４ｃに図示されるように、収差補正装置１００は単一の多極子４１０により形成される。多極子４１０は収差補正装置１００の全長にわたりＺ方向に沿って伸びる。この収差補正装置１００はＸＺ平面内の非点収差のクロスオーバ、すなわち、ウイーンフィルタ／４極子の真ん中の所に位置するクロスオーバが収差補正装置の中央平面（破線）にほぼ位置するように置かれる。動作の間、多極子４１０はウイーンフィルタのフィールド、４極子のフィールド、及び８極子のフィールドを生成する。このように、収差補正装置１００は非点収差のクロスオーバの平面内においてほぼ作用し、球面収差を補正する。

図５ｂは図１ｂ及び図３に示されたものと類似する本発明の収差補正装置の改善された実施例を図示する。そこにおいて、３つの多極子４１０、４１１、４１２が相互に上に重ねられて置かれる。多極子４１０、４１１、４１２は非点収差のクロスオーバが対応する多極子の対応中央平面の所にほぼ位置するように配置される。例えば、ＸＺ平面内の非点収差のクロスオーバは多極子４１０の中央平面の所に位置し、更なる非点収差のクロスオーバはそれぞれ、多極子４１１及び４１２の中央平面の所に置かれる。動作の間、多極子４１０、４１１、４１２は、ほぼ各非点収差のクロスオーバの平面において作用し、Ｘ及びＹ方向における球面収差を補正する。

本発明の収差補正装置の更なる実施例が図５ｃを参照に示されている。同図において、多極子４１０は２つの組み合わされたウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０の間に挟まれている。Ｚ軸方向に沿った多極子４１０の有限の長さに起因して、多極子により生成されるフィールドは中央のクロスオーバの上及び下の空間にも影響を及ぼす。特に、多極子４１０は中央のクロスオーバの上及び下の非点収差のクロスオーバ上に作用もする。この関係において、８極子のフィールドはＸ及びＹ方向に同じ半径方向に依存性を基本的に有し、それは両方向において球面収差を補正しうる。従って、その作用がＺ方向には延伸しない多極子によれば、図３において示されたものと同様の効果が得られることが可能である。しかしながら、そのような実施例は最良の結果をもたらすものではなく幾つかの応用例において十分なだけである。

本発明による収差補正装置の更なる実施例が図５ｄを参照して説明される。この実施例は図５ｂに示されたものと類似するものである。しかしながら、組み合わされたウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０が、多極子の間に、組み合わされたウイーンフィルタ／４極子のフィールドをもたらすために、多極子４１０、４１１、４１２の間に挿入されている。また、この実施例において、多極子４１０、４１１、４１２は非点収差のクロスオーバが対応する多極子のそれぞれの中央平面の所にほぼ位置するように配置される。図示されていない更なる実施例においては、図５ｃに示される実施例に類似して、追加のウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０が多極子４１１の上流及び多極子４１２の下流に設けられる。

図５ｂから図５ｄに示される実施例において、多極子４１０、４１１、４１２及びウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０の相互に関する相対的な大きさは変わるかもしれない事を理解されるべきである。特に、多極子４１０、４１１、４１２はウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０よりＺ軸に沿ってかなり小さい大きさを有しうる。更に、ウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０と同様に、多極子４１０、４１１、４１２は異なるように離して置かれるかもしれない。特に、個々のエレメントの位置を機械的に調節するための方法が設けられうる。典型的には、多極子４１０、４１１、４１２及び組み合わされたウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０は近くに配置される。従って、図５ｂから図５ｄは概略図としてのみ理解されるべきである。多極子４１０、４１１、４１２及び組み合わされたウイーンフィルタ／４極子１１０／３１０の間の空間はエアーギャップ若しくは絶縁ディスク（図示せず）によりもたらされうる。

球面収差補正とは別に、追加の２極フィールドを導入することにより荷電粒子ビームを整列させるためにポールを使うことが更に可能である。上述したように、Ｘ方向に沿った電子の位置は電子が電子選択エレメント５１１のところで阻止されるかどうかを決定する。このように、追加の２極子を伴った電子ビームの整列は電子エネルギー幅削減システム、すなわち、組み合わされたウイーンフィルタ／４極子により阻止されるエネルギーを選択するために用いられうる。

収差補正システムを用いる電子ビーム鏡筒の実施例が図６ａから図７ｃに記載される。これらの実施例の全ては電子ビームがエミッター６により送出されるような電子ビーム鏡筒１を図示する。この鏡筒は、共に真空排気されうる筐体２及び試料チャンバ３を含む。光軸５にほぼ沿って移動する電子ビームは試料４に衝突する。

図６ａ内において、アノードレンズ７により加速された送出電子はアノードレンズの下の所で第１のクロスオーバを形成する。照明レンズ６１０は収差補正装置１００を照明する。電子ビームの一部分は収差補正コンポーネンツ１００に入る前に、電子選択エレメント５１０により阻止される。これにより、定義されたビームの形が生成される。レンズ６１０は、生成されたクロスオーバが装置の中央に位置するように、収差補正装置１００を照明する。収差補正装置１００は、ＸＺ平面内にいかなる集束効果を持た乃至、又、ＹＺ平面内においても、ほとんど集束効果を持た乃至たがって、励起は所望の発散を実現するために増加される。その発散により偏向された電子は電子エネルギー依存選択エレメント５１１により選択されうる。こうして、電子ビームのエネルギー幅が低減され、従って、色収差が低減される。また、収差補正装置の多極子はＸ若しくはＹ方向のそれぞれに球面収差を補正するように励起される。対物レンズ７１０は試料上に電子ビームをフォーカスするのに用いられる。特定の実施例とは独立に、収差補正装置１００は２極のウイーンフィルタ、４極子、及び球面収差を補正することができる多極子を含む。特定の実施例とは更に別にウイーンフィルタのフィールド、４極子のフィールド、多極子のフィールドを生成するための別個のコンポーネンツが設けられえ、選択的にこれらのフィールドを生成するための単一のコンポーネントが設けられる。

図６ａの実施例とは反対に、図６ｂの実施例は照明レンズ６１０の上部に位置する電子角度依存選択エレメント５１０を含む。更に、図６ｂは対物レンズ７１０の下に位置する電子エネルギー依存選択エレメント５１１を図示する。

しかしながら、更なる実施例（図示せず）によれば、照明レンズ６１０の上で絞りのように作用する電子選択エレメント５１０を有し、対物レンズ７１０の上に電子エネルギー依存選択エレメント５１１を有することも可能である。

図７ａ及び図７ｂに示される実施例は、収差補正エレメント１００の上に第１の増幅照明レンズ６１０を有し、第２の減衰電子７１０を有し、対物レンズ８を有する。

図７ａは収差補正エレメント１００に直接、隣接する電子選択エレメント５１０及び５１１を図示する。上部に位置する電子選択エレメント５１０は電子角度依存選択エレメントである。下に位置する電子選択エレメント５１１は電子エネルギー依存選択エレメントである。

図７ｂ内において第１の電子選択エレメント５１０は第１のレンズ６１０の上部に位置し、第２の電子選択エレメント５１１は第２のレンズ７１０の下に位置する。再び、更なる実施例（図示せず）によれば、電子選択エレメントの両者はそれぞれのレンズの上に置かれ、若しくは、それぞれのレンズの選択的に下に置かれる。

図６ａから図７ｂを参照する上記の説明及び本件出願に記述される他の実施例からわかるように、本収差補正システムは直線の映像システムである。これにより光軸及びＺ軸は一致する。本件出願内に開示された荷電粒子ビームエネルギー幅低減システムは、好ましくは発明を制限することなしに、直線映像システムである。すなわち、システムに入る又はシステムから出てくるビームは共通の直線の光軸となる。これに拘わらず、システムは非直線の映像システムであってもよい。

そのようなシステムの例は次のようなものである。送出器の方向に加速される、例えばイオン化された分子が存在すると、これらのイオンは衝突して送出器に損傷を与えうる。非直線の映像システムを用いれば、このイオンが送出器に衝突することはない。何故なら、可能なビームの彎曲は例えば電子とイオンとでは異なるからである。そのようなシステムは図７ｃに記述される。

図７ｃは図７ａに主に対応する。しかしながら、光軸５は真っ直ぐではない。集束及び分散により作用するエレメントの場合において、光軸は曲げられうる。送出器６により送出される電子は更に収差補正コンポーネンツ１００内で偏向される。これにより単純化された考慮に基づけば、光軸は相互に少し傾きを有する２つの部分を有することとなる。ウイーンフィルタエレメントの場合、偏向角は典型的には０度より大きくなり、約３０度よりは小さい。電子ビーム鏡筒内の送出器６に向けて加速されたイオン化された分子は一次電子と同じビームパスを有さない。このように送出器の損傷は低減される。非直線の映像システムに関するこの特徴は上述の実施例のいかなるものにも組み合わされうる。

本発明の上述した特徴及び他のより詳細な特徴のいくらかが以下の説明において記述され、部分的には図面を参照して説明される。
〜 本発明による収差補正装置の異なる実施例を示す図である。 本発明の実施例の、それぞれＸＺ平面及びＹＺ平面における概略側面図である。 〜 ウイーンフィルタエレメント、４極子、８極子のＺ軸の方向における概略図である。 〜 本発明による異なる実施例のＸＺ平面における概略側面図である。 〜 本発明による荷電粒子ビームエネルギー削減システムを伴った荷電粒子ビーム鏡筒の例示的な実施例の概略側面図である。 〜 本発明による荷電粒子ビームエネルギー低減システムを伴った荷電粒子ビーム鏡筒の例示的な実施例の概略側面図である。 荷電粒子ビームエネルギー幅低減システムを伴った荷電粒子ビーム鏡筒の更に例示的な実施例の概略側面図である。 〜 ウイーンフィルタ及び励起状態の概略側面図である。 ウイーンフィルタのＸＺ平面内の概略側面図及びウイーンフィルタに入る電子ビームの例示的なビームパスを示す図である。 ウイーンフィルタのＸＺ平面における概略側面図及びウイーンフィルタに入る電子ビームの他の例示的なビームパスを示す図である。 ウイーンフィルタエレメント及び４極子のＹＺ平面における概略側面図及びシステムに入る電子ビームの２つの例示的なビームパスを図す図である。 図１０ｃに対応するＹＺ平面内での概略側面図である。 光学システムにおいて非点収差が存在する状況の概略図である。

Claims (30)

1. ウイーンフィルタエレメント（１１０）と、
   前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の集束特性を補償するための４極子（３１０）と、
   球面収差補正のための少なくとも１つの多極子（４１０）と有し、
   前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）及び前記４極子（３１０）は組み合わされて、非点収差の画像を生成し、
   前記少なくとも１つの多極子（４１０）は、実質的に、前記非点収差の画像の緯線方向若しくは経線方向の焦点に作用する収差補正装置（１００）。
2. 前記多極子（４１０）は４ｍ極（ｍ≧２）のエレメントである請求項１記載の収差補正装置。
3. 前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）及び前記４極子（３１０）は、ウイーンフィルタエレメント（１１０）の中央部分のｘ−ｚ平面である第１の平面内に、荷電粒子ビームの１個の非点収差のクロスオーバと、前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の中央部分の前記クロスオーバに関して、対称に位置する、ｙ−ｚ平面である第２の平面内の前記荷電粒子ビームの２ｎ個（ｎ≧１）の非点収差のクロスオーバとを生成することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の収差補正装置。
4. 前記少なくとも１つの多極子（４１０）は、前記第１の平面に垂直で、前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の中央部分で前記非点収差のクロスオーバを通って伸びる平面内において実質的に作用する請求項３記載の収差補正装置。
5. 前記少なくとも１つの多極子（４１１、４１２）は、前記第２の平面に垂直であり、前記２ｎ個の非点収差のクロスオーバのうちの選択された１つを通って伸びる平面内において実質的に作用する請求項３記載の収差補正装置。
6. 前記第１若しくは第２の平面に垂直であり、前記２ｎ個の非点収差のクロスオーバのうちの選択された１つ、若しくは、前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の中央部分の前記非点収差のクロスオーバを通って伸びる平面内において、作用する１個から２ｎ個の追加の多極子（４１１、４１２）を更に含む請求項４又は５記載の収差補正装置。
7. 前記第１の平面及び前記第２の平面は相互に実質的に垂直である請求項３〜６のいずれか１項記載の収差補正装置。
8. 前記多極子の少なくとも１つは磁気多極子（９１２、９１３）を含む請求項１〜７のいずれか１項記載の収差補正装置。
9. 前記多極子の少なくとも１つは静電多極子（９３２、９３３、９３４、９４５）を含む請求項１〜８のいずれか１項記載の収差補正装置。
10. 前記多極子の内の少なくとも１つは組み合わされた静電及び磁気の多極子（９０２、９０３）を含む請求項１〜９のいずれか１項記載の収差補正装置。
11. 前記多極子は８極である請求項１〜１０のいずれか１項記載の収差補正装置。
12. 前記多極子は前記４極子（３１０）に一体となっている請求項１〜１１のいずれか１項記載の収差補正装置。
13. 前記収差補正装置（１００）は光軸に沿って整列された複数の多極子（４１０，４１１、４１２）を含む請求項１〜１２のいずれか１項記載の収差補正装置。
14. 前記収差補正装置（１００）は更に光軸に沿って整列され、前記多極子（４１０）若しくは前記複数の多極子（４１０、４１１、４１２）の上流及び下流に設けられた、組み合わされたウイーンフィルタ／４極子（１１０／３１０）を更に含む請求項１〜１３のいずれか１項記載の収差補正装置。
15. 光軸に沿って整列された組み合わされたウイーンフィルタ／４極子（１１０／３１０）は前記多極子（４１０、４１１、４１２）の間に挿入されている請求項１３又は１４記載の収差補正装置。
16. 前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の上流に位置する第１の荷電粒子選択エレメント（５１０）を更に含む請求項１〜１５のいずれか１項記載の収差補正装置。
17. 前記第１の荷電粒子選択エレメント（５１０）は荷電粒子角度依存選択エレメントである請求項１６記載の収差補正装置。
18. 前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の下流に位置する第２の荷電粒子選択エレメント（５１１）を更に含む請求項１〜１７のいずれか１項記載の収差補正装置。
19. 前記第２の荷電粒子選択エレメント（５１１）は速度及び角度依存選択エレメントである請求項１８記載の収差補正装置。
20. 前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の中央の所でクロスオーバを生成するための第１のレンズ（６１０）を更に含む請求項１〜１９のいずれか１項記載の収差補正装置。
21. 前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）の下流の第２のレンズ（７１０）を更に含む請求項１〜２０のいずれか１項記載の収差補正装置。
22. 前記第１のレンズ（６１０）は増幅レンズであり前記第２のレンズ（７１０）は減衰レンズである請求項２１記載の収差補正装置。
23. 前記第１及び第２のレンズ（６１０、７１０）はイマージョンレンズであり、
    前記第１のレンズ（６１０）は前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）を入る前に、荷電粒子を減速するようになっており、
    前記第２のレンズ（７１０）は前記ウイーンフィルタエレメント（１１０）を出た後に、荷電粒子を加速する請求項２１又は２２記載の収差補正装置。
24. 荷電粒子のビームのソース（６）と、
    請求項１〜２３のいずれか１項記載の収差補正装置（１００）と、
    検査されるべき試料（４）の表面上に前記荷電粒子のビームを集束するための対物レンズ（８、７１０）とを含む荷電粒子ビーム装置。
25. 実質的に荷電粒子の非点収差のビームを生成し、
    ウイーンフィルタエレメント及び８極子を制御して、それらの組み合わせの作用により前記ビームの非点収差の画像を生成せしめ、
    少なくとも１つの多極子を制御して、前記少なくとも１つの多極子エレメントに関連するクロスオーバの平面に垂直な平面内の球面収差が修正されるステップを含む請求項２４の荷電粒子ビーム装置を操作するための方法。
26. 複数の多極子が前記多極子の内の対応する１つに関連する対応クロスオーバの平面に垂直な各平面内における球面収差を補正するよう制御される請求項２５の方法。
27. 前記第２の荷電粒子選択エレメントを伴った荷電粒子を選択するステップを更に含む請求項２５又は２６記載の方法。
28. １つのクロスオーバがウイーンフィルタエレメントのほぼ中央の所で生成されるように、前記第１のレンズにより電子ビームを集束するステップを更に含む請求項２５〜２７のいずれか１項記載の方法。
29. 前記ウイーンフィルタエレメントの下流にある第２のレンズにより荷電粒子ビームを形成する請求項２５〜２８のいずれか１項記載の方法。
30. 前記第２のレンズと前記対物レンズとの間のクロスオーバが形成される請求項２９記載の方法。

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