特開 2022-156347 電子線応用装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022156347

(43)【公開日】2022-10-14

(54)【発明の名称】電子線応用装置

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/153 20060101AFI20221006BHJP

   H01J 37/26 20060101ALI20221006BHJP

   H01J 37/147 20060101ALI20221006BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20221006BHJP

   G01N 23/227 20180101ALI20221006BHJP

【ＦＩ】

H01J37/153 Z

H01J37/26

H01J37/147 Z

H01J37/20 A

G01N23/227

【審査請求】未請求

【請求項の数】15

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021059982

(22)【出願日】2021-03-31

(71)【出願人】

【識別番号】501387839

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク

(74)【代理人】

【識別番号】110000350

【氏名又は名称】ポレール弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】圓山 百代

(72)【発明者】

【氏名】池上 明

(72)【発明者】

【氏名】森本 剛史

(72)【発明者】

【氏名】白崎 保宏

【テーマコード（参考）】

2G001

5C101

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001AA07

2G001BA08

2G001CA03

2G001DA09

2G001HA13

2G001SA29

5C101AA02

5C101BB03

5C101EE08

5C101EE22

5C101EE59

5C101EE63

5C101EE64

5C101FF02

5C101GG37

(57)【要約】

【課題】半導体製造ラインでの使用に適した投影型電子線応用装置を提供する。
【解決手段】電子線応用装置の電子光学系は、光軸１０９に対して垂直に配置されるミラー収差補正器１０６と、電子の軌道を光軸から離軸させてミラー収差補正器１０６に入射させ、出射された電子の軌道を光軸に戻す複数の磁場セクタ１０４と、電子の軌道に沿って隣接する磁場セクタの間に配置されるダブレットレンズ１０５とを備え、複数の磁場セクタのそれぞれが電子の軌道を偏向する偏向角は等しく、ダブレットレンズは、物面及び像面がそれぞれ、電子の軌道に沿って隣接する磁場セクタの中心平面となるよう配置される。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料を載置する試料ステージと、
前記試料から放出された電子による電子像を結像する対物レンズを含み、前記試料ステージの試料載置面に対して垂直な光軸を有する電子光学系と、
前記電子像を撮影するカメラとを有し、
前記電子光学系は、
前記光軸に対して垂直に配置されるミラー収差補正器と、
前記対物レンズを通過した電子の軌道を前記光軸から離軸させて前記ミラー収差補正器に入射させ、前記ミラー収差補正器から出射された電子の軌道を前記光軸に戻す複数の磁場セクタと、
電子の軌道に沿って隣接する前記磁場セクタの間に配置されるダブレットレンズとを備え、
前記複数の磁場セクタのそれぞれが電子の軌道を偏向する偏向角は等しく、
前記ダブレットレンズは、物面及び像面がそれぞれ、電子の軌道に沿って隣接する前記磁場セクタの中心平面となるよう配置される電子線応用装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記電子光学系における前記複数の磁場セクタの数をＳ、前記複数の磁場セクタのそれぞれの偏向角をＡとすると、Ｎを自然数として、
Ｓ＝４Ｎ－１
Ａ＝π／４Ｎ［ｒａｄ］
と表せる電子線応用装置。

【請求項3】

請求項１において、
前記磁場セクタの中心平面は、前記磁場セクタの電子線入射平面と電子線出射平面との交線と前記磁場セクタの中心とを含む平面である電子線応用装置。

【請求項4】

請求項１において、
電子の軌道に沿って隣接する前記磁場セクタの間には奇数段の前記ダブレットレンズが配置される電子線応用装置。

【請求項5】

請求項１において、
前記複数の磁場セクタは、前記光軸上にその中心が配置される第１の磁場セクタと第２の磁場セクタを含み、
前記第１の磁場セクタの中心は、前記対物レンズを通過した電子の軸上軌道と前記光軸との交点に配置され、
前記第２の磁場セクタの中心は、前記ミラー収差補正器から出射された電子の軸上軌道と前記光軸との交点に配置される電子線応用装置。

【請求項6】

請求項５において、
前記電子光学系は、
前記対物レンズと前記第１の磁場セクタとの間に、前記対物レンズを通過した電子の軸外軌道を前記光軸と平行に整える対物補助レンズと、
前記ミラー収差補正器により収差補正された電子像を前記カメラの撮像面に拡大投影する投影レンズとを備える電子線応用装置。

【請求項7】

請求項５において、
前記第１の磁場セクタと前記第２の磁場セクタとの間に１段または複数段のダブレットレンズが配置され、
前記複数の磁場セクタをＯＦＦすることが可能な電子線応用装置。

【請求項8】

請求項７において、
前記第２の磁場セクタに結像される電子像は、前記複数の磁場セクタのＯＮ／ＯＦＦにかかわらず、前記第１の磁場セクタに結像される電子像と等倍である電子線応用装置。

【請求項9】

請求項１において、
前記磁場セクタは、前記光軸を挟んで対向する平面状のポールピースを含み、
前記ポールピースは、第１の溝によりメインポールピースとシールド磁極とに分離され、
前記第１の溝は前記メインポールピースを取り囲むように形成され、
前記第１の溝に前記磁場セクタに磁場を発生させるコイルが配置される電子線応用装置。

【請求項10】

請求項９において、
前記ポールピースの平面形状は円形であり、
前記第１の溝は、前記ポールピースと同心円状に形成される電子線応用装置。

【請求項11】

請求項９において、
前記ポールピースの第１の端面は前記磁場セクタの電子線入射平面と同一であり、前記ポールピースの第２の端面は前記磁場セクタの電子線出射平面と同一であり、
前記磁場セクタにおける前記電子線入射平面から中心までの光軸と前記中心から前記電子線出射平面までの光軸とにおいて、前記メインポールピース、前記第１の溝及び前記シールド磁極の配置が同じである電子線応用装置。

【請求項12】

請求項９において、
前記メインポールピースをさらに複数のメインポールピースに分離する第２の溝が形成され、
前記第１の溝及び第２の溝に前記磁場セクタに磁場を発生させるコイルが配置され、
前記第２の溝は、前記磁場セクタの中心平面と平行となるように形成される電子線応用装置。

【請求項13】

請求項１２において、
分離された前記複数のメインポールピースごとに異なる磁場を発生させる電子線応用装置。

【請求項14】

請求項１２において、
前記磁場セクタの中心平面は、前記磁場セクタの電子線入射平面と電子線出射平面との交線と前記磁場セクタの中心とを含む平面である電子線応用装置。

【請求項15】

請求項１において、
前記試料ステージの試料載置面は、前記電子線応用装置が設置される床面に対して水平となるように調整されている電子線応用装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電子線応用装置に関する。

【背景技術】

【0002】

光電子顕微鏡（Photoelectron Emission Microscope：ＰＥＥＭ）は、紫外光やＸ線（励起光）を試料の表面に照射することによって発生する光電子を用いて像を形成する装置であり、試料の表面構造に起因するコントラストを有する光電子像を得ることができる。

【0003】

特許文献１は、収差補正機能を組み込んだカソード・レンズ顕微鏡（ＰＥＥＭはその一例である）の構造を、特許文献２は、ミラー収差補正器を組み込んだＰＥＥＭの構造を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特表２００９－５２８６６８号公報

【特許文献2】特開２０２０－８５８７３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

半導体ウエハの表面に形成されたパターン形状の検査装置として、光を用いる光学式検査装置、電子線を用いるＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）式検査装置が広く用いられている。光学式検査装置とＳＥＭ式検査装置とでは、試料（半導体ウエハ）上で観察できる構造の大きさが異なる。光学式検査装置では広い検査領域に対するパターン形状検査が高速に行える一方、欠陥が微細になるほど検出が困難になる。これに対して、ＳＥＭ式検査装置は、微細な欠陥の検出に強みを有する一方、観察視野が狭く、検査領域が広くなるほどパターン形状検査のスループットが低下する。

【0006】

発明者らは、光学式検査装置のスループットとＳＥＭ式検査装置の欠陥検出の分解能を両立できる検査装置として、ＰＥＥＭによる光電子像からパターン欠陥を検出する検査装置（ＰＥＥＭ式検査装置）についての検討を行った。

【0007】

ＰＥＥＭ式検査装置を半導体製造ラインで使用するためには、現在、半導体製造ラインで使用されている検査装置と同様に、試料（半導体ウエハ）を水平に載置する水平ウエハステージと、水平ウエハステージのウエハ載置面に対して垂直な直立カラムに内蔵される電子光学系とを有する構造として、半導体ウエハのハンドリングを半導体製造ラインの他の装置と揃えることが望ましい。

【0008】

しかしながら、従来ＰＥＥＭあるいは、ＰＥＥＭと同じ投影結像系を有するＬＥＥＭ（Low Energy Electron Microscope）では、小片の試料の分析が想定されており、試料ステージに対する試料ハンドリングからの制約が少なく、ステージを自由に配置することができた。例えば、特許文献１では、試料から、像が投影される視野スクリーンまでの経路は、プリズムアレイによって直角に曲げられた経路となっている。このため、特許文献１の電子光学系は半導体製造ラインで使用する検査装置には適さない構成である。これに対して、特許文献２では、試料面に対して電子光学系がミラー収差補正器も含めて垂直に配置される光電子顕微鏡を開示している。しかしながら、特許文献２の構成では、収差補正部を直線的な光路とするため、ミラーの断続により電子線をパルス化している。このように電子線をパルス化しながら、高精度の収差補正を行うには高度な制御技術が求められるとともに、単位時間あたりに撮像系に到達する電子数が減少することにより、鮮明な光電子像を得るために必要な時間が長くなり、スループットの低下につながる。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の一実施の態様である電子線応用装置は、試料を載置する試料ステージと、試料から放出された電子による電子像を結像する対物レンズを含み、試料ステージの試料載置面に対して垂直な光軸を有する電子光学系と、電子像を撮影するカメラとを有し、
電子光学系は、光軸に対して垂直に配置されるミラー収差補正器と、対物レンズを通過した電子の軌道を光軸から離軸させてミラー収差補正器に入射させ、ミラー収差補正器から出射された電子の軌道を光軸に戻す複数の磁場セクタと、電子の軌道に沿って隣接する磁場セクタの間に配置されるダブレットレンズとを備え、
複数の磁場セクタのそれぞれが電子の軌道を偏向する偏向角は等しく、ダブレットレンズは、物面及び像面がそれぞれ、電子の軌道に沿って隣接する磁場セクタの中心平面となるよう配置される。

【発明の効果】

【0010】

半導体製造ラインでの使用に適した投影型電子線応用装置を提供する。その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】電子線応用装置の構成例である。

【図2A】磁場セクタによる電子線の軌道制御を説明する図である。

【図2B】磁場セクタによる電子線の軌道制御を説明する図である。

【図3A】磁場セクタが発生させる偏向収差を打ち消す原理を説明する図である。

【図3B】ダブレットレンズである。

【図4】電子線応用装置の構成例（変形例）である。

【図5】磁場セクタの構成を示す図である。

【図6】ポールピースの一例である。

【図7A】ポールピースの一例である。

【図7B】ポールピースの一例である。

【図8】ポールピースの一例である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

図１に本実施例の電子線応用装置の構成例を示す。図１は、紫外光やＸ線などの励起光１０をウエハ（試料）２０の表面に照射して発生する光電子の像（光電子像）を得るＰＥＥＭを例示している。装置本体１１４は、その主要な構成として、検査対象であるウエハ２０を載置する試料ステージ１０１、光電子像を撮影するカメラ１０８、光電子像をカメラ１０８に投影するための電子光学系を有している。試料ステージ１０１の試料載置面は、装置本体１１４が設置される床面に対して水平となるように調整されている。カメラ１０８は電子（光電子）そのものを検知して撮影するものであってもよいし、シンチレータを備え、シンチレータによって電子を一旦光に変換し、変換された光を検知して撮影するものであってもよい。

【0013】

装置本体１１４（試料ステージ１０１、カメラ１０８、電子光学系を含む）は制御装置１１２と接続されている。制御装置１１２は、ＧＵＩ（Graphical User Interface）装置１１１から入力されるユーザからの指示を受けて装置本体１１４の制御を行うとともに、カメラ１０８で撮影された光電子像の画像処理を行う。制御装置１１２は記憶部１１３を備え、記憶部１１３には、装置本体１１４の制御パラメータや、光電子像が記憶される。

【0014】

図１の電子光学系における電子線の軌道の中心である光軸１０９は、試料ステージ１０１の試料載置面に対して垂直となっている。したがって、電子光学系及びカメラ１０８を直立カラムに内蔵可能であり、ウエハ２０のハンドリングを半導体製造ラインで使用する他の装置と揃えることができる。電子光学系について、Ａ～Ｃの３つの区間に区分して説明する。なお、ここでは、試料ステージ１０１の試料載置面をＸＹ平面とし、ＸＹ平面に垂直な方向をＺ方向とするとき、光軸１０９は、ウエハ２０に対する励起光１０の入射位置からＺ方向に延長される線として示している。

【0015】

区間Ａにおいて、対物レンズ１０２により、光電子像が結像される。図１において、ミラー収差補正器１０６入射前の軸上軌道を軸上軌道１１０ａ、ミラー収差補正器１０６入射前の軸外軌道を軸外軌道１１０ｂとして示している。レンズ１０３は対物補助レンズであり、対物補助レンズ１０３は、軸外軌道１１０ｂを光軸１０９に平行に整える機能を果たしている。光電子像は、対物レンズ１０２により、ウエハ２０上における軸上軌道１１０ａと軸外軌道１１０ｂの間隔から、磁場セクタ１０４ａにおける軸上軌道１１０ａと軸外軌道１１０ｂの間隔（矢印で示す）まで拡大されている。

【0016】

区間Ｂにおいて、光電子像の色収差及び球面収差を補正する。光電子像の色収差及び球面収差の補正にはミラー収差補正器１０６を使用する。ミラー収差補正器１０６は、複数枚の電極で構成され、その最終段に印加した電圧によって電極付近で軌道を反射する。電極に印加する電圧を制御することにより球面収差と色収差を補正することができる。ミラー収差補正器１０６は、例えば、特許文献１に開示の電子鏡と同様であり、公知の構成が利用できる。ミラー収差補正器１０６は光軸１０９に対して直交するように配置されている。このため、区間Ｂでは、磁場セクタ１０４ａ～ｃを用いて、光電子の軌道を光軸１０９から離軸させて、ミラー収差補正器１０６に入射させ、再度、ミラー収差補正器１０６を出射した光電子の軌道を光軸１０９に戻すよう、光電子の軌道を制御する。図１において、ミラー収差補正器１０６出射後の軸上軌道を軸上軌道１１０ｃ、ミラー収差補正器１０６出射後の軸外軌道を軸外軌道１１０ｄとして示している。磁場セクタ１０４ａは、磁場セクタの中心が、軸上軌道１１０ａと光軸１０９との交差する位置となるように配置されている。同様に、磁場セクタ１０４ｃは、磁場セクタの中心が、軸上軌道１１０ｃと光軸１０９との交差する位置となるように配置されている。区間Ｂにおいて、色収差及び球面収差の補正された光電子像（磁場セクタ１０４ｃにおける矢印で示す）が得られる。区間Ｂの入口（磁場セクタ１０４ａ）と出口（磁場セクタ１０４ｃ）とにおいて、光電子像の倍率に変化はない（１倍）。

【0017】

区間Ｃにおいて、収差補正された光電子像は、投影レンズ１０７により、カメラ１０８の撮像面に拡大投影される。

【0018】

なお、磁場セクタ内の電子線（光電子）の軌道に関して、図１では理解しやすくするために直線的に進行し、ある一点で角度を持って屈折するように示しているが、実際には滑らかに曲がる。以下の図においても同様である。

【0019】

区間Ｂにおける光電子（電子線）の軌道制御について図２Ａ，Ｂを用いて説明する。区間Ｂでは、電子線をミラー収差補正器に入射させるため、電子線の進行方向を光軸１０９から９０°（π／２）曲げ、その後、ミラー収差補正器から出射（反射）した電子線を再度光軸１０９に沿って進行させるため、電子線の進行方向を再度９０°（π／２）曲げる必要がある。電子線の進行方向を変えるために磁場セクタ１０４が用いられるが、磁場セクタ１０４は偏向方向に依存した偏向収差を発生させる。そこで、本実施例では、第１の磁場セクタで偏向させた電子線を第２の磁場セクタに入射し、第２の磁場セクタにおいて電子線を偏向させるとともに、第１の磁場セクタで発生した偏向収差を打ち消す。このためには、第１の磁場セクタと第２の磁場セクタとで発生する偏向収差の大きさの絶対値を等しくする必要があるので、第１の磁場セクタの偏向角と第２の磁場セクタの偏向角とは同一とする必要がある。

【0020】

光軸１０９からミラー収差補正器への入射までの軌道、ミラー収差補正器からの出射から光軸１０９までの軌道のそれぞれで偏向収差を打ち消しておく必要がある。このため、ミラー収差補正器への電子線の入射の前後で偶数個の磁場セクタが必要であり、かつミラー収差補正器の直前に置かれる磁場セクタ（図１の磁場セクタ１０４ｂ）はミラー収差補正器への入射前と出射後とで共通に使用する。

【0021】

図１の区間Ｂ（図２Ａに相当）の電子光学系は、磁場セクタの数を最小とする構成を示しており、磁場セクタはそれぞれπ／４の偏向角を有し、全体で３つの磁場セクタで構成されている。区間Ｂにおいて電子線の軌道制御を行う磁場セクタの構成を、図２Ｂに一般化して示す。図２Ｂにおける屈曲点のそれぞれに磁場セクタが配置される。区間Ｂにおける磁場セクタの数をＳ、このときの磁場セクタの偏向角をＡとすると、Ｎを自然数として、
Ｓ＝４Ｎ－１
Ａ＝π／４Ｎ［ｒａｄ］
と表せる。図２ＡはＮ＝１の場合、図２ＢはＮ＝２の場合に相当する。Ｎを大きくした場合、磁場セクタの数は多くなるものの、磁場セクタが発生させる偏向収差を小さくできるので、より精度の高い電子線の軌道制御を行うことができる。

【0022】

第１の磁場セクタで発生する偏向収差は、第２の磁場セクタとの間にダブレットレンズ１０５をはさむことによって打ち消すことができる。

【0023】

まず、図３Ｂを用いて、ダブレットレンズについて説明する。ダブレットレンズは２つのレンズ３１３，３１４で構成されている。レンズ３１３，３１４それぞれの焦点距離がＦ１、Ｆ２であるとき、ダブレットレンズは、物面とレンズ３１３との距離がＦ１、レンズ３１３とレンズ３１４との距離が（Ｆ１＋Ｆ２）、レンズ３１４と-像面との距離がＦ２となっている。物面から光軸３１５に対して平行にレンズ３１３に入射する軸外軌道３１７はレンズ３１３から距離Ｆ１、レンズ３１４から距離Ｆ２の位置で光軸を横切り、レンズ３１４を通過した後に再度光軸３１５と平行な軌道となる。また、物面で光軸３１５を通過する軸上軌道３１６は像面で光軸３１５を通過する。このように、軸上軌道３１６、軸外軌道３１７ともに、ダブレットレンズ入射前と出射後で、光軸３１５に対して進行方向が反転する特徴がある。この特徴を用いて、第１の磁場セクタで発生した偏向収差を第２の磁場セクタにおいて打ち消す。

【0024】

なお、本実施例で使用するダブレットレンズの倍率は等倍とするため、焦点距離Ｆ１＝焦点距離Ｆ２とする。また、レンズ３１３，３１４を磁場レンズで構成する場合には、コイルに流す電流の正負を反転させることで、電子ビームの軌道の回転をキャンセルさせる。

【0025】

図３Ａに、第１の磁場セクタ３０１、第２の磁場セクタ３０２、その間に配置されるレンズ３０３，３０４で構成されるダブレットレンズを通る電子線の軌道を模式的に示す。ダブレットレンズの物面に第１の磁場セクタ３０１が配置され、ダブレットレンズの像面に第２の磁場セクタ３０２が配置されている。なお、実際には電子線の軌道は磁場セクタにより偏向されるが、図３Ａでは単純化して、電子線の軌道が直進するよう示している。第１の磁場セクタ３０１、第２の磁場セクタ３０２に示す矢印は、偏向の向きと大きさを示している。上述したように、第１の磁場セクタ３０１、第２の磁場セクタ３０２の偏向の向きと大きさは同じである。

【0026】

図１において説明したように、光電子（電子線）の軸上軌道は磁場セクタの中心で光軸と交差している。したがって、磁場セクタの中心がダブレットレンズの物面、像面に含まれることにより、図３Ａに示すように、偏向収差がない状態では、軸上軌道３０６は第１の磁場セクタ３０１の中心で光軸３０５と交差し、第２の磁場セクタ３０２の中心で再び光軸３０５と交差する。また、軸外軌道３０７はレンズ３０３に光軸３０５と平行な軌道で入射し、レンズ３０４から光軸３０５と平行な軌道で出射する。

【0027】

第１の磁場セクタ３０１が偏向収差を発生させたことにより、軸上軌道３０６が偏向軸上軌道３０８に変化し、軸外軌道３０７が偏向軸外軌道３０９に変化する。この例では、偏向軸上軌道３０８、偏向軸外軌道３０９はそれぞれ軸上軌道３０６、軸外軌道３０７よりも紙面で下側を通ってレンズ３０３に入射される。図３Ｂで説明したように、ダブレットレンズ入射前と出射後で、光軸に対する電子線の軌道は反転しているため、第２の磁場セクタ３０２が偏向収差を発生させていない状態では、第２の磁場セクタ３０２を通過した偏向軸上軌道３０８、偏向軸外軌道３０９はそれぞれ軸上軌道３０６、軸外軌道３０７よりも紙面で見て上側を通過する。そこで、第２の磁場セクタ３０２が第１の磁場セクタ３０１と同じ偏向収差を発生させることにより、第２の磁場セクタ３０２を通過した偏向軸上軌道３０８、偏向軸外軌道３０９はそれぞれ軸上軌道３０６、軸外軌道３０７に戻される。すなわち、偏向収差が打ち消される。

【0028】

第１の磁場セクタ３０１と第２の磁場セクタ３０２との距離と、ダブレットレンズを構成するレンズ３０３，３０４の焦点距離との関係で１段のダブレットレンズで構成することが困難な場合には、奇数段のダブレットレンズを磁場セクタ間に配置すればよい。したがって、隣接する磁場セクタの間に配置するレンズの数をＬとすると、Ｍを自然数として、
Ｌ＝２（２Ｍ－１）
と表せる。図１では磁場セクタ１０４ａと磁場セクタ１０４ｂとの間のダブレットレンズ１０５ａ、磁場セクタ１０４ｂと磁場セクタ１０４ｃとの間のダブレットレンズ１０５ｂはどちらも１段のダブレットレンズの例（Ｌ＝２）を示している。磁場セクタ間ごとにダブレットレンズの段数が異なっていてもよい。

【0029】

図４に装置本体１１４の変形例を示す。本変形例では、高分解能が不要である場合や、装置本体の調整を行う場合などに一時的に磁場セクタをＯＦＦにできる。構成は基本的に図１と同様であるが、最も試料位置に近い磁場セクタ１０４ａと最もカメラに近い磁場セクタ１０４ｃとの間にレンズ群４０１が配置されている。収差補正ＯＦＦモードでは磁場セクタ１０４ａ～ｃに電流を流さずＯＦＦとするため、軸上軌道１１０ａ、軸外軌道１１０ｂは磁場セクタ１０４により偏向されることなく直進する。レンズ群４０１は、磁場セクタ１０４ａの中心面４０２を磁場セクタ１０４ｃの中心面４０３に１倍で投影する。１倍で投影することによって、磁場セクタのＯＮ／ＯＦＦ（収差補正ＯＮモード／収差補正ＯＦＦモード）にかかわらず、電子光学系の倍率を同一にすることが可能である。このことは、軸上軌道と軸外軌道が投影レンズ１０７内を通過するときの離軸距離を、収差補正ＯＮモード／収差補正ＯＦＦモードにかかわらず同一とできることで、投影レンズ１０７によって発生する収差、絞りによる軌道選択やアライナー感度などを揃えることも可能になる。例えば、レンズ群４０１を１または複数段のダブレットレンズで構成し、レンズ群４０１の各レンズの焦点距離を等しくすることにより、１倍で投影するレンズ群４０１を実現できる。

【0030】

本実施例で使用する磁場セクタの構成について説明する。図５は、Ｘ方向からみた磁場セクタ５０１を示している。ＸＹＺ方向は図１と同じであり、磁場セクタ５０１による電子線の偏向方向はＸＺ平面に含まれる。また、電子線の軌道の中心である光軸５０３をあわせて示している。磁場セクタ５０１は光軸５０３を挟んで対向する２つの平面状のポールピース５０２ａ，５０２ｂで構成される。ポールピース５０２ａ，５０２ｂは、ＸＺ平面に平行となるように配置される。ポールピース５０２ａ，５０２ｂは同じ形状を有している。光軸からＹ方向に見たポールピース５０２ａを図６に示す。

【0031】

図６は、平面形状が円形の磁場セクタの例である。ポールピース５０２は鉄などの磁性体からなる。ポールピース５０２には、ポールピース５０２と同心円状の溝５０５が形成されており、溝５０５の内側をメインポールピース５０４、溝５０５の外側をシールド磁極５０６と呼称する。溝５０５にはコイルが巻かれており、対向するポールピース用コイルに流す電流の方向と量を同一として制御することで、ポールピース５０２ａとポールピース５０２ｂのメインポールピース５０４の間に均一磁場Ｂ_０が発生する。磁場Ｂ_０はシールド磁極５０６にて終端され、磁場セクタの外側は磁場なしとされる。

【0032】

電子線はローレンツ力によってＸ方向に向かって偏向される。磁場セクタの電子線入射平面５０７ａ及び電子線出射平面５０７ｂは光軸に対して垂直になっている。本実施例での磁場セクタの偏向角Ａは上述した通り、π／４Ｎ［ｒａｄ］（図６ではＮ＝１）であり、電子線出射平面５０７ｂは磁場セクタの偏向角Ａに応じて定義される。

【0033】

中心平面５０８は、電子線入射平面５０７ａ及び電子線出射平面５０７ｂとの交線とポールピース５０２ａの中心とを含む平面である。光軸５０３のメインポールピース内の距離、溝の距離、及びシールド磁極の距離は中心平面５０８を中心として同一であり、電子線の軌道は中心平面５０８を起点として対称となる。図３Ａに示したように、電子線の軸上軌道は磁場セクタの中心において光軸と交差するため、磁場セクタ内で発生する偏向収差は中心平面５０８を境界として打ち消しあう。

【0034】

磁場セクタの平面形状は円形でなくてもよく、図６において説明した対称性や垂直などの条件を維持することで同様の効果が得られる。そのような例を図７Ａ，Ｂとして示す。それぞれに対して、同じ電子線の偏向を行える、ポールピースの平面形状が円形である場合の形状（図６に相当）を点線で示している。このように、光軸５０３上では、メインポールピース５０４、溝５０５、シールド磁極５０６の配置は図６と等しく、さらに、図７Ａ、Ｂの構造はどちらも電子線入射平面５０７ａ及び電子線出射平面５０７ｂがポールピース５０２の端面と同一とすることにより、図６の構造よりも、偏向収差が出にくくなる点で有利な構造である。図７Ｂは、図７Ａの構造から、さらに電子線が通過しない構造部分をカットした構造であり、電子光学系が内蔵されるカラムの空間を有効活用できるという利点がある。

【0035】

図８に、磁場セクタの別の構成例を示す。ローレンツ力は磁場Ｂ_０と平行な方向に進行する電子線には作用しないため、磁場セクタにおいて電子線は、基本的に偏向方向のみ集束作用を受ける。このため、電子線には非点が大きく発生した状態となる。図８は磁場セクタによる非点の発生を抑制する構成である。ポールピースの溝５０５付近におけるフリンジ場（磁場）は電子線の偏向方向に対して水平な磁場成分を持つため、電子線の偏向方向に対して垂直な方向に作用することができる。そこで、図８の磁場セクタでは、フリンジ場を活用することで非点を抑制する。

【0036】

図１に示す電子光学系において、ミラー収差補正器１０６に最も近い磁場セクタ１０４ｂには電子線が２回入射・出射するため、最も厳しい電子線の制御が要求される。そこで図８に、図７Ｂに示したポールピースに対して、非点抑制のための構造を追加したポールピースを示す。図１の磁場セクタ１０４ｂとの対応付けを分かりやすくするため、図７Ｂのポールピースを９０°左向きに回転させた状態で示している。

【0037】

図８の構成では、メインポールピースが溝によってメインポールピース６０１～６０３の３つに分離されている。中間平面６０４ａは、電子線入射平面５０７ａ１及び電子線出射平面５０７ｂ１に対する中間平面であり、中間平面６０４ｂは、電子線入射平面５０７ａ２（電子線出射平面５０７ｂ１と同一）及び電子線出射平面５０７ｂ２に対する中間平面である。メインポールピースを分離する溝５０５ｄ１，５０５ｄ２は中間平面６０４ａ，６０４ｂと平行となるように形成されている。

【0038】

この例では、第１のメインポールピース６０１が発生する磁場Ｂ_１と第３のメインポールピース６０３が発生する磁場Ｂ_３とが同じになるように、第１及び第３のメインポールピースのコイルには同じ電流を流し、第２のメインポールピース６０２が発生する磁場Ｂ_２は磁場Ｂ_１（Ｂ_３）と磁場の向きが逆になるように異なる電流を流す。対応する電子線入射平面と電子線出射平面とを通過する光軸５０３が中間平面６０４ａまたは中間平面６０４ｂに対して対称であることが維持されている限りにおいて、磁場Ｂ_１（Ｂ_３）、Ｂ_２を自由に選択できる。図８の例では、磁場Ｂ_２を磁場Ｂ_１，Ｂ_３に対して反転させることで、光軸を外側に膨らませた軌道としている。第１～第３のメインポールピースに流す電流をすべて同一の電流とすれば、偏向された電子線の軌道は図７Ｂのポールピースの場合と同じになる。電子線が溝５０５（メインポールピースを分離する溝５０５ｄを含む）を通過する際に受けるフリンジ磁場はこの磁場Ｂ_１～Ｂ_３の組み合わせによって変わるため、発生する非点量を最小化する磁場Ｂ_１～Ｂ_３の組み合わせを選択すればよい。なお、図８では、メインポールピースを３つに分割する例を示したが、それよりも更に細かく分割してもよい。たとえば実装の観点からはへこんだ形状のメインポールピースに沿わせてコイルを巻くことは難しいため、第１のメインポールピース６０１や第２のメインポールピース６０２を上下に分割し、それぞれ別のコイルを巻き、同じ電流を流すことで同様の効果が得られる。

【0039】

以上、本発明を実施の態様に沿って説明したが、本発明は上記記載の内容に限定されるものではない。例えば、本実施例ではＰＥＥＭを例に説明したが、本実施例の電子光学系は、同様の電子光学系を有するＬＥＥＭに対しても適用可能なものである。

【符号の説明】

【0040】

１０：励起光、２０：ウエハ（試料）、１０１：試料ステージ、１０２：対物レンズ、１０３：対物補助レンズ、１０４：磁場セクタ、１０５：ダブレットレンズ、１０６：ミラー収差補正器、１０７：投影レンズ、１０８：カメラ、１０９：光軸、１１０ａ，１１０ｃ：軸上軌道、１１０ｂ，１１０ｄ：軸外軌道、１１１：ＧＵＩ装置、１１２：制御装置、１１３：記憶部、１１４：装置本体、３０１，３０２：磁場セクタ、３０３，３０４，３１３，３１４：レンズ、３０５，３１５：光軸、３０６，３０８，３１６：軸上軌道、３０７，３０９，３１７：軸外軌道、４０１：レンズ群、４０２，４０３：中心面、５０１：磁場セクタ、５０２：ポールピース、５０３：光軸、５０４：メインポールピース、５０５：溝、５０６：シールド磁極、５０７ａ：電子線入射平面、５０７ｂ：電子線出射平面、５０８：中心平面、６０１：第１のメインポールピース、６０２：第２のメインポールピース、６０３：第３のメインポールピース、６０４：中心平面。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図3A】

【図3B】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7A】

【図7B】

【図8】