JP2002184336A - Charged particle beam microscope device, charged particle beam application device, charged particle beam microscopic method, charged particle beam inspection method and electron microscope - Google Patents
Charged particle beam microscope device, charged particle beam application device, charged particle beam microscopic method, charged particle beam inspection method and electron microscopeInfo
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、電子線等の荷電粒
子線により試料を走査して試料の像信号を得る荷電粒子
線装置に係り、特に、荷電粒子線顕微鏡装置、荷電粒子
線応用装置、荷電粒子線顕微方法、荷電粒子線検査方
法、および電子顕微鏡装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a charged particle beam apparatus for scanning a sample with a charged particle beam such as an electron beam to obtain an image signal of the sample, and more particularly to a charged particle beam microscope apparatus and a charged particle beam application apparatus. The present invention relates to a charged particle beam microscopy method, a charged particle beam inspection method, and an electron microscope device.
【0002】[0002]
【従来の技術】例えば、特開2000−48755号が
有り、対物レンズの歪曲収差を補正するために偏向器の
電流条件を変えることにより達成できることが開示され
ていた。2. Description of the Related Art For example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-48755 discloses that it can be achieved by changing a current condition of a deflector in order to correct distortion of an objective lens.
【0003】また、H.C. Pfeiffer and W. Stickel
“゛Large Field Electron Optics - Limitions and En
hancements”、Proc. SPIE、 vol.2522、第23頁〜第
30頁(1995.7.10)に対物レンズ内に上偏向
と下偏向器の間に収差を動的に補正するビーム絞り付き
補正器が開示されているが詳細に付いては記載されてい
ない。[0003] Also, HC Pfeiffer and W. Stickel
“゛ Large Field Electron Optics-Limitions and En
hancements ", Proc. SPIE, vol. 2522, pp. 23-30 (1995. 7.10) Correction with beam stop to dynamically correct aberration between upper and lower deflectors in objective lens A vessel is disclosed but is not described in detail.
【0004】また、従来の電子顕微鏡装置を用いた走査
電子顕微鏡画像の取得方法は、例えば特開平11−25
0850号公報に開示されている。従来、このような低
倍率像の観察方法に用いる光学系としては対物レンズを
使用せず、偏向コイルを1段だけで使用し、高倍率時に
は偏向コイルと対物レンズを用いていた。A method of acquiring a scanning electron microscope image using a conventional electron microscope apparatus is disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. H11-25.
No. 0850. Conventionally, as an optical system used for such a low-magnification image observation method, an objective lens is not used, but a deflection coil is used only in one stage, and at a high magnification, a deflection coil and an objective lens are used.
【0005】このようにこれら2つの光学条件を切り替
えながら、低倍率像で観察視野探し、高倍率像で形状観
察、高分解能観察を行っている。While switching these two optical conditions in this manner, the observation field of view is searched with a low magnification image, and the shape observation and high resolution observation are performed with a high magnification image.
【0006】また、走査電子顕微鏡像を取得するための
収束レンズ、偏向コイル、対物レンズの構成の組み合わ
せとして上記方法以外の構成を持つものとしては特開平
6−283128号公報に開示されている。これは偏向
コイル下部に順に収束レンズ、対物レンズを配置した構
成である。この方法では対物レンズ中に設置した試料に
対して偏向コイルによって偏向された電子線を、収束レ
ンズ及び対物レンズで縮小して照射する電子光学系が採
用されている。簡略して表現すると、偏向コイルの下に
電磁レンズ更にその下に対物レンズが配置された構成を
取っている。しかしここでの電磁レンズの役目は試料が
対物レンズの下又は上に配置された際の焦点位置を変更
するためのものであることが開示されている。Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 6-283128 discloses a combination of a converging lens, a deflecting coil, and an objective lens having a configuration other than the above-described method for obtaining a scanning electron microscope image. This is a configuration in which a convergent lens and an objective lens are sequentially arranged below the deflection coil. This method employs an electron optical system that irradiates an electron beam deflected by a deflection coil on a sample placed in an objective lens with a converging lens and an objective lens and reducing the electron beam. In brief, the electromagnetic lens is disposed below the deflection coil and the objective lens is disposed below the electromagnetic lens. However, it is disclosed that the role of the electromagnetic lens here is to change the focal position when the sample is placed below or above the objective lens.
【0007】[0007]
【発明が解決しようとする課題】従来、電子光学系即ち
電子源からの電子線を収束するための収束レンズと、電
子線を走査する偏向器と、一つ物点と一つの像点を有す
る対物レンズとを含む電子光学系を有し、低加速電圧
(約5kV以下)で走査電子顕微鏡像を取得する場合、
色収差による電子線スポットの広がりが発生する。この
スポットの広がりは倍率に関係なく一定とする。解像度
は電子線スポットの径と電子線走査範囲との割合で決ま
る。従って、電子線の走査範囲が狭く即ち高倍率に成れ
ばなるほど解像度が低下する。これに対し逆に電子線の
走査範囲が広く成れば即ち倍率が低く成ればなるほど解
像度は上昇する。従って、高解像度の画像が得られる倍
率範囲は、約1000倍以下程度である。Conventionally, an electron optical system, that is, a converging lens for converging an electron beam from an electron source, a deflector for scanning the electron beam, one object point and one image point. When an electron optical system including an objective lens is used and a scanning electron microscope image is acquired with a low acceleration voltage (about 5 kV or less),
Spread of the electron beam spot occurs due to chromatic aberration. The spread of the spot is constant regardless of the magnification. The resolution is determined by the ratio between the diameter of the electron beam spot and the electron beam scanning range. Therefore, the resolution decreases as the scanning range of the electron beam becomes narrower, that is, as the magnification becomes higher. Conversely, the resolution increases as the scanning range of the electron beam increases, that is, as the magnification decreases. Therefore, the magnification range in which a high-resolution image can be obtained is about 1000 times or less.
【0008】ここでの倍率とは、試料上の走査範囲に対
する表示装置の表示範囲の比率を示す。The magnification here indicates the ratio of the display range of the display device to the scan range on the sample.
【0009】一方、一万倍以上の高倍率用光学系では、
分解能を達成することを目的として対物レンズを短焦点
で動作させている。この場合、偏向離軸量の小さい一万
倍以上の高倍率像の観察では高解像度の走査電子顕微鏡
像が得られるが、偏向離軸量が大きくなる1000倍か
ら1万倍の中間倍率では対物レンズによる歪曲収差が発
生するため、歪みのない良好な画像が得られる倍率範囲
は約1万倍以上である。試料上の視野探しとしては低倍
率ではそれほど解像度を必要とせずとも問題でなかった
が1000倍から1万倍の中間倍率では解像度が要求さ
れていた。しかし、この中間倍率での解像度を上げるこ
との工夫がなされていなかった。すなわち、従来の電子
光学系では低倍率及び高倍率用光学系のいずれにおいて
も1000倍から1万倍程度の中間倍率範囲(像面換算
10μm〜100μm)において高解像度で歪みのない
良好な画像が得られていない。On the other hand, in an optical system for high magnification of 10,000 times or more,
The objective lens is operated at a short focus for the purpose of achieving the resolution. In this case, a high-resolution scanning electron microscope image can be obtained by observing a high-magnification image of 10,000 times or more with a small amount of deflection off-axis. Since distortion occurs due to the lens, the magnification range in which a good image without distortion is obtained is about 10,000 times or more. As for the visual field search on the sample, there was no problem even if low resolution was not required at low magnification, but resolution was required at intermediate magnifications of 1000 to 10,000 times. However, no attempt has been made to increase the resolution at this intermediate magnification. That is, in the conventional electron optical system, in both the low-magnification optical system and the high-magnification optical system, a good image with high resolution and no distortion is obtained in an intermediate magnification range of about 1000 to 10,000 times (image plane conversion: 10 to 100 μm). Not obtained.
【0010】また、従来の電子光学系では、高、低倍率
それぞれの光学系において使用するレンズ、コイルの組
み合わせや励磁条件がすべて異なるために切り替え時の
磁気ヒステリシスや光学的軸がズレているため、低倍率
像と高倍率像を切り替えた場合に、試料の同一個所の画
像位置にずれが生じて表示され、視野探し操作での不具
合が発生していた。Further, in the conventional electron optical system, the combination of the lenses and coils used in the high and low magnification optical systems and the excitation conditions are all different, so that the magnetic hysteresis and optical axis at the time of switching are shifted. When switching between the low-magnification image and the high-magnification image, the image position at the same position on the sample is displayed with a shift, which causes a problem in the visual field searching operation.
【0011】以上のように、例えば低加速電圧で短焦点
の対物レンズを使用して走査電子顕微鏡像を取得する場
合には、1000倍から1万倍程度の中間倍率範囲での
画像の高画質化が課題であり、偏向コイルやレンズの励
磁条件を変化させて中間倍率像から高倍率像までの広い
倍率範囲での観察を可能とする電子光学系が必要であっ
た。As described above, for example, when a scanning electron microscope image is acquired using a short-focus objective lens at a low accelerating voltage, high image quality in an intermediate magnification range of about 1000 to 10,000 times is obtained. Therefore, there is a need for an electron optical system that enables observation in a wide magnification range from an intermediate magnification image to a high magnification image by changing excitation conditions of a deflection coil and a lens.
【0012】そこで、本発明の目的は、対物レンズで発
生する中間倍率(倍率1000倍から1万倍で像面換算
10μmから100μm)で試料上走査の範囲で歪曲収
差を補正し、中間倍率から高倍率までの広い倍率範囲に
おいて高解像度で歪みのない良好な走査電子顕微鏡画像
または画像信号を取得することを可能とする荷電粒子線
装置を提供することにある。Accordingly, an object of the present invention is to correct distortion in the range of scanning on a sample at an intermediate magnification (1000 to 10,000 times and image plane conversion of 10 to 100 μm at a magnification of 1000 to 10,000) generated by an objective lens. It is an object of the present invention to provide a charged particle beam apparatus capable of acquiring a high-resolution and distortion-free good scanning electron microscope image or image signal in a wide magnification range up to a high magnification.
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、一つの物点と一つの像点を有する対物レ
ンズの前段に設置した荷電粒子線偏向用の補正レンズを
対物レンズで発生する歪曲収差を補正する条件で励磁
し、偏向器によって荷電粒子線を試料面上で2次元的に
走査し、低倍率から高倍率まで収差の少ない走査荷電粒
子線顕微鏡画像または画像信号を取得する。SUMMARY OF THE INVENTION In order to achieve the above object, the present invention provides an objective lens having a charged particle beam deflection correction lens installed in front of an objective lens having one object point and one image point. Excitation is performed under the condition to correct the distortion caused by the above, and the charged particle beam is two-dimensionally scanned on the sample surface by the deflector, and the scanning charged particle beam microscope image or image signal with little aberration from low magnification to high magnification is obtained. get.
【0014】また、本発明の構成は、収束レンズと対物
レンズとの間に荷電粒子線偏向用の補正レンズを設け、
対物レンズで発生する歪曲収差とが互いに逆方向の収差
となるように構成したことにある。Further, according to the structure of the present invention, a correction lens for charged particle beam deflection is provided between the converging lens and the objective lens,
The present invention is configured so that the distortion generated by the objective lens is in the opposite direction.
【0015】また、本発明の構成は、補正レンズを経た
荷電粒子線が、対物レンズの主面位置に結像するよう構
成した点にある。Further, the configuration of the present invention lies in that the charged particle beam having passed through the correction lens forms an image at the position of the main surface of the objective lens.
【0016】また、本発明構成は、偏向器が補正レンズ
の前段に設置されていることにある。また、本発明の構
成は、偏向器は2段の上段偏向器と下段偏向器よりな
り、補正レンズが上段偏向器及び下段偏向器より下に位
置するか上段偏向器と下段偏向器との間に位置する構成
となっている。Further, the configuration of the present invention resides in that the deflector is installed at a stage before the correction lens. In the configuration of the present invention, the deflector comprises a two-stage upper stage deflector and a lower stage deflector, and the correction lens is located below the upper stage deflector and the lower stage deflector or between the upper stage deflector and the lower stage deflector. Is located.
【0017】また、本発明の構成は、試料を載置する試
料室を対物レンズの磁路下部に設けてなることを特徴と
する。Further, the configuration of the present invention is characterized in that a sample chamber for mounting a sample is provided below the magnetic path of the objective lens.
【0018】さらに、本発明は、電子源より発生した一
次電子線を所定の電圧まで加速するための1段以上の静
電レンズと、一次電子線を試料に収束させて照射するた
めの1段以上の収束レンズおよび対物レンズと、一次電
子線を偏向させるための1段以上の偏向器とを具備した
電子顕微鏡装置において、対物レンズの前段に設置した
電子線偏向用の補正磁界レンズを対物レンズで発生する
歪曲収差を補正する条件で励磁して偏向器、補正磁界レ
ンズおよび対物レンズによる電子線偏向によって一次電
子線を試料面上で2次元的に走査し試料から2次的に発
生する二次電子線や試料を透過した電子線の強度を一次
電子線の走査と同期して検出し、その信号を画像表示装
置の輝度変調信号として画像表示装置により走査電子顕
微鏡画像として表示するように構成した点に有る。Further, the present invention provides one or more electrostatic lenses for accelerating a primary electron beam generated from an electron source to a predetermined voltage, and a one-stage electrostatic lens for converging and irradiating the primary electron beam to a sample. In an electron microscope apparatus having the above-described converging lens and objective lens, and one or more deflectors for deflecting the primary electron beam, an electron beam deflecting correction magnetic lens installed in front of the objective lens is replaced by an objective lens. Is excited under the condition to correct the distortion generated in the above, the primary electron beam is two-dimensionally scanned on the sample surface by the electron beam deflection by the deflector, the correction magnetic lens and the objective lens, and the secondary electron beam is generated from the sample. The intensity of the secondary electron beam or the electron beam transmitted through the sample is detected in synchronization with the scanning of the primary electron beam, and the signal is displayed as a brightness modulation signal of the image display device as a scanning electron microscope image by the image display device. The way there to the point that you configured.
【0019】試料中の目的物視野探しの際、第1の倍率
から第2の倍率に連続的にズーミングアップ又はズーミ
ングダウンして視野探しする点にある。In searching for the visual field of the target object in the sample, the point is that the visual field is searched by continuously zooming up or down from the first magnification to the second magnification.
【0020】さらにまた、本発明は、あらかじめ取り込
んだ所定倍率の画像あるいは設計画像とを比較して、前
記試料の物理的な形状不良及び電気的な不良を検査する
点にある。また、繰り返し回路パターンの第1の領域と
第2の領域を第1の倍率で画像信号として検出し、その
画像信号を比較し一致しない時に再度第1の倍率とは異
なる第2の倍率で相違する領域の画像信号を各々取り込
み再度比較して一致しない場合に欠陥と判定する検査方
法にある。Still another object of the present invention is to compare a previously captured image of a predetermined magnification or a design image with a physical shape defect and an electrical defect of the sample. Further, the first area and the second area of the repetitive circuit pattern are detected as image signals at the first magnification, and the image signals are compared. If they do not match, the difference is again detected at a second magnification different from the first magnification. In the inspection method, the image signals of the areas to be read are fetched, compared again, and if they do not match, it is determined to be a defect.
【0021】更にまた、本発明は、低倍率で周辺ボケが
少ない電子光学系を提供することにある。Still another object of the present invention is to provide an electron optical system having low magnification and low peripheral blur.
【0022】[0022]
【発明の実施の形態】以下、荷電粒子源として電子源、
荷電粒子線として電子線を例に上げ具体的に説明する。
本発明を電子顕微鏡装置を用いて、対物レンズで発生す
る歪曲収差を補正し、低倍率から中間倍率を経由して高
倍率まで走査電子顕微鏡画像または画像信号を取得する
方法を説明する。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an electron source as a charged particle source,
An electron beam will be described as an example of a charged particle beam and will be specifically described.
A method of correcting a distortion generated in an objective lens using an electron microscope apparatus and acquiring a scanning electron microscope image or an image signal from a low magnification to a high magnification through an intermediate magnification will be described.
【0023】図1は、従来の電子顕微鏡装置にて高倍率
の像を観察するための光学系の構成図を示すものであ
る。電子源1から発生した一次電子線を収束レンズ2に
より縮小し、収束レンズ2の像面位置3に結像する。次
に、上段偏向コイル4と下段偏向コイル5を動作させ、
下段偏向コイル5により偏向された一次電子線が光軸
1'と交わる点として定義される偏向支点6を対物レン
ズ7の前磁場焦点面位置と一致させる。この時、一次電
子線は対物レンズ7のレンズ作用によって光軸1'から
離れた位置に結像される。図4に示すように、この離軸
位置を偏向位置、離軸距離を偏向振り幅rという。ここ
での対物レンズ7は一つの物点と像点29とを有するも
のとする。FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an optical system for observing a high-magnification image using a conventional electron microscope apparatus. The primary electron beam generated from the electron source 1 is reduced by the converging lens 2 and forms an image on the image plane position 3 of the converging lens 2. Next, the upper deflection coil 4 and the lower deflection coil 5 are operated,
The deflection fulcrum 6 defined as the point where the primary electron beam deflected by the lower deflection coil 5 intersects with the optical axis 1 ′ is made to coincide with the front magnetic field focal plane position of the objective lens 7. At this time, the primary electron beam is imaged at a position distant from the optical axis 1 'by the lens action of the objective lens 7. As shown in FIG. 4, this off-axis position is called a deflection position, and the off-axis distance is called a deflection swing width r. Here, the objective lens 7 has one object point and an image point 29.
【0024】上段偏向コイル4の偏向角度を変化させた
場合に、偏向支点6の位置が常に一定となるような上段
偏向コイル4と下段偏向コイル5の偏向角度の比(偏向
上下比)は幾何学的な寸法で決定できる。このような偏
向上下比を設定すれば、偏向振り幅は上段偏向コイル4
の偏向角度によって決定される。When the deflection angle of the upper deflection coil 4 is changed, the ratio of the deflection angles of the upper deflection coil 4 and the lower deflection coil 5 (deflection vertical ratio) is such that the position of the deflection fulcrum 6 is always constant. Can be determined by the geometric dimensions. If such a deflection up / down ratio is set, the deflection swing width becomes equal to the upper deflection coil 4.
Is determined by the deflection angle.
【0025】ここで、偏向支点6を対物レンズ7の前磁
場焦点面位置(物点)と一致させる目的は、一次電子線が
試料8上で光軸より離軸された場合に、試料8に対する
照射角度がすべての偏向位置において一定となるように
するためである。Here, the purpose of making the deflection fulcrum 6 coincide with the position (object point) of the front magnetic field focal plane of the objective lens 7 is that when the primary electron beam is off-axis from the optical axis on the sample 8, This is to make the irradiation angle constant at all deflection positions.
【0026】上段偏向コイル4の偏向角度を一定ステッ
プで直交する2方向に変化させ、それと同期して透過電
子線、2次電子線、反射電子線等の強度を検出し、輝度
変調して表示させることによって走査電子顕微鏡画像を
得ることができる。走査電子顕微鏡画像の偏向振り幅は
上段偏向コイル4の偏向角度の最大値を設定することに
よって決定される。The deflection angle of the upper deflecting coil 4 is changed in two directions perpendicular to each other at a fixed step, and the intensity of the transmitted electron beam, the secondary electron beam, the reflected electron beam, etc. is detected in synchronism with this, and the luminance is modulated and displayed. By doing so, a scanning electron microscope image can be obtained. The deflection amplitude of the scanning electron microscope image is determined by setting the maximum value of the deflection angle of the upper deflection coil 4.
【0027】ここで、典型的なコイル、レンズ励磁条
件、レンズ間距離等のパラメータを用いてコイル偏向角
度と走査電子顕微鏡画像の倍率との関係を説明する。上
段偏向コイル4と下段偏向コイル5との間隔が34m
m、下段偏向コイル5と対物レンズ7との距離が93.
5mm、対物レンズ7の前磁場焦点面位置を対物レンズ
7の上2.5mmと仮定する。Here, the relationship between the coil deflection angle and the magnification of a scanning electron microscope image will be described using parameters such as typical coils, lens excitation conditions, and the distance between lenses. The distance between the upper deflection coil 4 and the lower deflection coil 5 is 34 m
m, the distance between the lower deflection coil 5 and the objective lens 7 is 93.
Assume that the position of the front magnetic field focal plane of the objective lens 7 is 2.5 mm above the objective lens 7.
【0028】まず、上段、下段偏向コイルの偏向角度を
それぞれθ1、θ2とする。偏向支点位置を固定して、
試料面上で電子線を偏向させるための偏向角度の上下比
は、θ2=(1+34/(93.5−2.5))θ1=
1.38θ1である。First, let the deflection angles of the upper and lower deflection coils be θ1 and θ2, respectively. Fix the deflection fulcrum position,
The vertical ratio of the deflection angle for deflecting the electron beam on the sample surface is θ2 = (1 + 34 / (93.5-2.5)) θ1 =
1.38 θ1.
【0029】この上下偏向比率の設定は、上下段偏向コ
イルを逆位相にして巻数を、上:下=1:1.38にし
て巻き込み、上下段偏向コイルを直列に通電する。偏向
振り幅rは、r=2.5×34/91×θ1=0.94×
θ1となる。The upper and lower deflection ratios are set by winding the upper and lower deflection coils in opposite phases and setting the number of turns to upper: down = 1: 1.38, and energizing the upper and lower deflection coils in series. The deflection swing width r is r = 2.5 × 34/91 × θ1 = 0.94 ×
θ1.
【0030】よって、例えば、上段偏向コイルの偏向角
度を50mradに設定すると、偏向振り幅はr=47
μmとなる。画像の表示を100mm角に設定すれば、
走査電子顕微鏡画像の倍率は、100×1000/(4
7×2)=1064倍となる。Therefore, for example, when the deflection angle of the upper deflection coil is set to 50 mrad, the deflection swing width becomes r = 47.
μm. If you set the image display to 100mm square,
The magnification of the scanning electron microscope image is 100 × 1000 / (4
7 × 2) = 1064 times.
【0031】ここで、通常、上段偏向コイルの偏向角度
θ1の最大値は50mrad程度なので、この光学系で
の最低倍率は約1000倍ということになる。ただし、
この場合、偏向振り幅が大きくなるほど、歪曲収差が大
きくなるために実用可能な倍率には下限がある。Here, since the maximum value of the deflection angle θ1 of the upper deflection coil is usually about 50 mrad, the minimum magnification in this optical system is about 1000 times. However,
In this case, since the distortion increases as the deflection swing width increases, the practically usable magnification has a lower limit.
【0032】図2は、偏向コイルによって正方形のラス
ターを形成した場合に、実際のラスターが対物レンズに
よってどのような形状で試料面上に結像されるのかを示
した例である。条件としては、歪曲収差の影響のみを考
慮し、歪曲収差の係数(複素数値)は、実数部、虚数部
ともに5×10-5とした。FIG. 2 is an example showing the shape of an actual raster imaged on a sample surface by an objective lens when a square raster is formed by a deflection coil. As conditions, only the effect of distortion was considered, and the coefficient (complex value) of distortion was 5 × 10 −5 for both the real part and the imaginary part.
【0033】図2の(a)に示すように、倍率1000
倍の場合には、正方形のラスターが糸巻き状に歪んでい
る。この条件で画像を取得すれば、その画像は中心より
右上がり及び左下がり方向に画像の倍率が順次低くなる
ような歪んだ像となる。一方、図2の(b)に示すよう
に、1万倍の場合には、ラスターは正方形の形で結像さ
れ、歪みのない良好な画像が得られる。以上のように、
高倍率の像を取得するための電子光学系には歪曲収差の
影響により最低倍率に制限がある。As shown in FIG. 2A, a magnification of 1000
In the case of double, the square raster is pincushion-shaped. If an image is obtained under these conditions, the image becomes a distorted image in which the magnification of the image is gradually reduced in the upward and downward directions from the center. On the other hand, as shown in FIG. 2B, when the magnification is 10,000 times, the raster is imaged in a square shape, and a good image without distortion is obtained. As mentioned above,
The electron optical system for obtaining a high-magnification image has a minimum magnification limit due to the influence of distortion.
【0034】次に、1000倍以下の低倍率の走査電子
顕微鏡画像を観察するために通常用いられている光学系
について、図3を用いて説明する。低倍率像を観察する
ためには試料8上での偏向振り幅を大きくする必要があ
るので、対物レンズの前磁場焦点面位置に偏向支点を一
致させて電子線を偏向させるという方法では試料上での
走査偏向領域を対物レンズのレンズ作用によって大きく
することができない。従って、対物レンズの励磁を停止
して使用することがなされていた。即ち、上段偏向コイ
ル4による1段偏向で電子線を傾斜させて偏向振り幅を
大きくする光学系が用いられる。(いわゆる一段偏向)対
物レンズによる偏向を利用しないので対物レンズの励磁
をゼロとなるようにし、電子源1からの電子線は収束レ
ンズ2によって試料8上に焦点を結ぶように設定され
る。Next, an optical system generally used for observing a scanning electron microscope image of a low magnification of 1000 times or less will be described with reference to FIG. In order to observe a low-magnification image, it is necessary to increase the deflection swing width on the sample 8. Therefore, the method of deflecting the electron beam by aligning the deflection fulcrum with the position of the front magnetic field focal plane of the objective lens is not preferable. The scanning deflection area cannot be enlarged by the lens action of the objective lens. Therefore, the excitation of the objective lens has been stopped before use. That is, an optical system is used in which the electron beam is inclined by one-stage deflection by the upper deflection coil 4 to increase the deflection swing width. Since the deflection by the objective lens is not used (the so-called one-step deflection), the excitation of the objective lens is set to zero, and the electron beam from the electron source 1 is set to be focused on the sample 8 by the converging lens 2.
【0035】上記の高倍率像観察条件と同一のコイル、
レンズを用いた場合、1段偏向コイルの偏向角度θ3と
偏向振り幅rとの関係は、r=127×θ3となる。The same coil as the above high magnification image observation condition,
When a lens is used, the relationship between the deflection angle θ3 of the one-stage deflection coil and the deflection swing width r is r = 127 × θ3.
【0036】すなわち、上段偏向コイルの偏向角度を5
mradに設定すると、偏向振り幅r=0.64mmと
なり、走査電子顕微鏡画像の倍率は100/(0.64
×2)=78倍となる。That is, the deflection angle of the upper deflection coil is set to 5
When set to mrad, the deflection swing width r is 0.64 mm, and the magnification of the scanning electron microscope image is 100 / (0.64 mm).
× 2) = 78 times.
【0037】このように、この電子光学系では十分に低
倍率の像を偏向コイルに小さな偏向角度を与えることに
よって得ることができるが、次のような問題点がある。
収束レンズ2を1段のみで使用して電子源を試料面上に
結像する電子光学系であり、電子源に対する電子光学倍
率はほぼ数分の1程度となるので、収束レンズ2は低い
励磁で使用する。As described above, in this electron optical system, a sufficiently low-magnification image can be obtained by giving a small deflection angle to the deflection coil, but there are the following problems.
This is an electron optical system that forms an image of an electron source on a sample surface by using the converging lens 2 in only one stage. Since the electron optical magnification of the electron source is about a fraction, the converging lens 2 has low excitation. Used in.
【0038】この場合、収束レンズ2の色収差係数が1
000mm程度となる。この色収差によるスポットの広
がりを計算する。加速電圧を1kV、電子源のエネルギ
ー広がりを0.5V、スポットの照射角度を0.5mra
dと仮定すると、スポットの広がり量は1000(色収
差係数)×(0.5(電子源のエネルギー広がり)/100
0(加速電圧))×0.0005(照射角度)=0.25μm
となる。In this case, the chromatic aberration coefficient of the converging lens 2 is 1
It is about 000 mm. The spread of the spot due to this chromatic aberration is calculated. The acceleration voltage is 1 kV, the energy spread of the electron source is 0.5 V, and the irradiation angle of the spot is 0.5 mra.
Assuming d, the spread amount of the spot is 1000 (chromatic aberration coefficient) × (0.5 (energy spread of the electron source) / 100
0 (acceleration voltage)) x 0.0005 (irradiation angle) = 0.25 µm
Becomes
【0039】一方、画像の倍率が1000倍の場合に、
電子線偏向量は一辺が100μmであり、一辺を500
画素で画像化するとしたら、1画素の大きさは0.2μ
mとなる。よって、この光学系では1画素(0.2μm)
よりもスポット広がり(0.25μm)のほうが大きくな
り、高解像度の画像が得られない。1画素とスポット広
がりが同じ量となる倍率は800倍であり、これがこの
光学系の倍率の上限となる。On the other hand, when the magnification of the image is 1000 times,
The amount of electron beam deflection is 100 μm on one side and 500 μm on one side.
If an image is formed by pixels, the size of one pixel is 0.2μ
m. Therefore, in this optical system, one pixel (0.2 μm)
The spot spread (0.25 μm) is larger than that, and a high-resolution image cannot be obtained. The magnification at which the spot spread is the same as one pixel is 800 times, which is the upper limit of the magnification of this optical system.
【0040】また、上段偏向コイル4による1段偏向で
あるために、試料8上で偏向された電子線は偏向振り幅
が大きいほど傾斜して試料に入射することになり、走査
電子顕微鏡画像の周辺ほど画像が歪む、いわゆる画像の
周辺ぼけが発生する。さらに、高倍率像観察時の光軸と
低倍率像観察時の光軸は一致しておらず、低倍率像と高
倍率像で画像の位置ずれが生ずる。Also, because of the single-stage deflection by the upper deflection coil 4, the electron beam deflected on the sample 8 is incident on the sample with an inclination as the deflection swing width is increased. An image is distorted toward the periphery, that is, a so-called peripheral blur of the image occurs. Further, the optical axis at the time of observing the high-magnification image and the optical axis at the time of observing the low-magnification image do not coincide with each other, resulting in image displacement between the low-magnification image and the high-magnification image.
【0041】以上より、従来の低倍率像観察用光学系
は、視野探しに十分な低倍率像を得ることができるが、
高倍率用の光学系と比較して大きく光学系を変化させて
いるために様々な問題点を持っている。さらに、高倍率
用の電子光学系では低倍率側に制限を有し、低倍率用の
電子光学系では高倍率側に制限があり中間倍率に対して
はいずれの光学系でも高解像度で歪みのない良好な画像
が得られないという問題がある。従来この中間倍率範囲
(走査領域を像面換算100μm〜10μmの範囲)につ
いては対応がなされていなかった。As described above, the conventional optical system for observing a low-magnification image can obtain a low-magnification image sufficient for searching for a visual field.
There are various problems because the optical system is greatly changed as compared with the optical system for high magnification. Furthermore, the electron optical system for high magnification has a limitation on the low magnification side, and the electron optical system for low magnification has a limitation on the high magnification side. There is a problem that no good image can be obtained. Conventionally this intermediate magnification range
(The scanning area is in the range of 100 μm to 10 μm in terms of image plane).
【0042】以上のような従来の電子光学系の問題点を
解決するためには、中間倍率範囲での画像の高画質化が
課題であり、偏向コイルやレンズの励磁条件を変化させ
ないで、低倍率像から高倍率像までの広い倍率範囲での
観察を可能とする電子光学系が望まれていた。In order to solve the above-mentioned problems of the conventional electron optical system, it is necessary to improve the quality of an image in an intermediate magnification range. An electron optical system that enables observation in a wide magnification range from a magnification image to a high magnification image has been desired.
【0043】そこで、本発明の第1の実施例として、対
物レンズで発生する歪曲収差を別レンズで補正し、低倍
率から高倍率の走査電子顕微鏡画像を取得する方法を示
す。その実施例の基本的構成を図4を用いて説明する。Therefore, as a first embodiment of the present invention, a method is described in which distortion caused by an objective lens is corrected by another lens, and a scanning electron microscope image from low magnification to high magnification is obtained. The basic configuration of the embodiment will be described with reference to FIG.
【0044】従来の高倍率像観察用の収束レンズ2、対
物レンズ7、上段偏向コイル4と下段偏向コイル5を用
いて試料8上で一次電子線を偏向して像を得るという光
学系に、新たに電子線偏向用の補正補正磁界レンズ9を
追加している。上段偏向コイル4及び下段偏向コイル5
によって偏向された一次電子線を、電子線偏向用の補正
磁界レンズ9により対物レンズ7の主面位置に1対1に
結像し、さらにその電子線を対物レンズ7によって試料
8上に結像する。The conventional converging lens 2, high-magnification lens 7, objective lens 7, upper-stage deflection coil 4 and lower-stage deflection coil 5 are used to deflect a primary electron beam on a sample 8 to obtain an image by using a conventional high-magnification image observation lens. A correction magnetic field lens 9 for electron beam deflection is newly added. Upper deflection coil 4 and lower deflection coil 5
The primary electron beam deflected by the electron beam is imaged one-to-one on the main surface position of the objective lens 7 by the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection, and the electron beam is imaged on the sample 8 by the objective lens 7. I do.
【0045】この時、上段偏向コイル4及び下段偏向コ
イル5によって形成した偏向離軸量に応じて電子線偏向
用の補正磁界レンズ9で歪曲収差が発生し、歪んだ偏向
図形が対物レンズ7の主面位置に結像される。さらに、
対物レンズ7によって、その歪んだ偏向図形の偏向離軸
量に応じた歪曲収差が発生し、試料8上で偏向図形は、
再度歪曲する。At this time, distortion occurs in the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection in accordance with the amount of deflection off-axis formed by the upper stage deflection coil 4 and the lower stage deflection coil 5, and the distorted deflection figure becomes the objective lens 7. An image is formed at the main surface position. further,
The objective lens 7 generates distortion according to the amount of deflection off-axis of the distorted deflection pattern, and the deflection pattern on the sample 8 is
Distort again.
【0046】ここで、電子線偏向用の補正磁界レンズ9
で発生する歪曲収差と対物レンズ7で発生する歪曲収差
が逆方向の収差となるようにレンズ極性、光学倍率を設
定してやることによって、最終的に試料8上に結像され
る偏向図形は、上段偏向コイル4及び下段偏向コイル5
によって形成した偏向図形の形状に戻すことができる。Here, the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection
By setting the lens polarity and the optical magnification so that the distortion generated by the objective lens 7 and the distortion generated by the objective lens 7 become the aberrations in the opposite directions, the deflection figure finally formed on the sample 8 is in the upper stage. Deflection coil 4 and lower deflection coil 5
The shape can be returned to the shape of the deflection figure formed by the above.
【0047】本方法により歪曲収差の補正を行なった結
果を図5に示す。条件としては、先述した図1の条件と
同様であるが、画像取得の倍率は1000倍(偏向振り
幅が片側50μm)、歪曲収差の係数(複素数値)の実
数部、虚数部はそれぞれ5×10-5、1×10-5とし
た。FIG. 5 shows the result of correcting the distortion by the present method. The conditions are the same as those of FIG. 1 described above, except that the magnification of image acquisition is 1000 times (the deflection amplitude is 50 μm on one side), and the real part and imaginary part of the distortion aberration coefficient (complex value) are 5 ×, respectively. 10 −5 and 1 × 10 −5 .
【0048】すなわち、図5の(a)に示すように、上
段偏向コイル4及び下段偏向コイル5によって作成した
正方形のラスターは、電子線偏向用の補正磁界レンズ9
により対物レンズの歪曲収差とは逆向きのキャンセル用
の歪曲収差を発生させる。このキャンセル用歪曲収差は
対物レンズ7の主面位置に歪んだ図形として結像され
る。図5の(b)にその様子を示す。これを用い、その
図形に対して逆方向の歪曲収差を発生させる条件で対物
レンズ7を励磁してやることによって、試料8上ではラ
スターは、図5の(c)に示すように、ほぼ正方形とな
って結像されており、この倍率条件にて歪みのない良好
な画像が得られることがわかる。That is, as shown in FIG. 5A, a square raster created by the upper deflection coil 4 and the lower deflection coil 5 is a correction magnetic lens 9 for electron beam deflection.
As a result, distortion for canceling is generated in the direction opposite to the distortion of the objective lens. This canceling distortion is imaged as a distorted figure at the position of the main surface of the objective lens 7. FIG. 5B shows this state. By using this and exciting the objective lens 7 under the condition of generating distortion in the opposite direction to the figure, the raster on the sample 8 becomes substantially square as shown in FIG. It can be seen that under this magnification condition, a good image without distortion can be obtained.
【0049】ここでは補正磁界レンズ9側を対物レンズ
に対し逆方向歪曲収差を発生するようになるコイル極性
と励磁条件を設定したがその逆、即ち、補正磁界レンズ
に対して対物レンズの極性と励磁条件を変えることによ
っても歪曲収差を補正することができる。In this case, the coil polarity and the excitation condition for generating the reverse distortion with respect to the objective lens are set for the correction magnetic lens 9 side. Distortion can also be corrected by changing the excitation conditions.
【0050】この補正方法は広い領域に目的物を探す視
野探しだけではなく、電子線又はイオン線を用い対物レ
ンズの下に配置されたレジストが塗布されたウエハに露
光する場合にも適用される。当然マスクを用いた一括露
光又は可変整形更には電子線で点描画するタイプにも適
用が可能である。更にまた、電子線を用い対物レンズの
下に試料を配置して検査や加工にも適用できるものであ
る。This correction method is applied not only to a visual field search for searching for a target in a wide area but also to a case where an electron beam or an ion beam is used to expose a resist coated wafer disposed under an objective lens. . Naturally, the present invention is also applicable to batch exposure using a mask or variable shaping, as well as a type in which dot drawing is performed using an electron beam. Furthermore, the present invention can be applied to inspection and processing by arranging a sample under an objective lens using an electron beam.
【0051】以上の内容を荷電粒子線であるイオン線ま
で拡張しても以下の如く成立する。荷電粒子源からの一
次荷電粒子線(イオンビーム)を試料台に載置された試料
に照射する。照射される走査幅に対する表示装置上での
大きさが倍率を表し、その倍率が低倍率の1000倍未
満から高倍率領域の500万倍まで可変して走査する。
その偏向器で走査された一次荷電粒子線が対物レンズを
通過する際に発生する偏向歪み(歪曲収差)を補正するレ
ンズを付加することにより達成される。ここでの補正レ
ンズとして静電偏向器を用いても良い。Even if the above contents are extended to an ion beam which is a charged particle beam, the following holds. A sample placed on a sample stage is irradiated with a primary charged particle beam (ion beam) from a charged particle source. The size on the display device with respect to the scanning width to be irradiated indicates the magnification, and the scanning is performed while varying the magnification from less than 1000 times of the low magnification to 5 million times of the high magnification area.
This is achieved by adding a lens for correcting deflection distortion (distortion aberration) generated when the primary charged particle beam scanned by the deflector passes through the objective lens. Here, an electrostatic deflector may be used as the correction lens.
【0052】次に、電子線偏向用の補正磁界レンズを歪
曲収差が補正される条件で使用するための励磁条件の決
定方法について説明する。最初に加速電圧をある所定の
値に設定する。次に所定の試料位置に歪曲収差量の評価
を行うための試料を試料台に載置する。この試料には縦
横の歪み量が明確に評価できる1インチあたり1000
から2000本の直交ラインを持つグリッドメッシュや
ライン幅5から0.5μm程度のグレーティングを用い
る。次に電子顕微鏡の倍率を最低倍率に設定し、対物レ
ンズによって試料面に焦点を合わせる。この時歪曲収差
によって画像に大きな歪みが生じているので画像の中央
部で焦点を合わせる、あるいは中央部でも焦点が一致し
たかどうかの判定が困難な場合には少し倍率を上昇させ
て画像の中央部で焦点を合わせた後に最低倍率に再設定
してもよい。次に電子線偏向用の補正磁界レンズ9に電
流を流して励磁する。ここで、電子線偏向用の補正磁界
レンズ9は対物レンズ7と逆方向の磁界が形成されるよ
うに、例えばコイルの巻き方向が逆で同一電流方向、あ
るいはコイルの巻き方向が同一で電流が逆方向になるよ
うに設定してある。電子線偏向用の補正磁界レンズ9を
励磁すると走査電子顕微鏡像の焦点がずれると共に画像
の歪み量が変化する。焦点のずれを収束レンズ2の電流
励磁を変化させることによって補正しながら電子線偏向
用の補正磁界レンズ9に通電する電流によって励磁を変
化させて画像の歪みが小くなるように調整する。画像の
歪みが小さくなる電流値の近傍において画像を取得し、
グリッドメッシュ試料の縦横の比率を計測し、その比が
適切となり、かつ画像の中心と周辺とで倍率誤差が5%
以内となるように電子線偏向用の補正磁界レンズ9の励
磁を調整し、収束レンズ2によって正確に焦点を合わせ
る。このようにして決定された電子線偏向用の補正磁界
レンズ9と収束レンズ2の励磁電流値を加速電圧に対し
て記録し必要に応じて倍率と補正値が表示装置に表示さ
れる。Next, a method of determining excitation conditions for using the correction magnetic lens for electron beam deflection under the condition that distortion is corrected will be described. First, the acceleration voltage is set to a predetermined value. Next, a sample for evaluating the amount of distortion is placed on a sample stage at a predetermined sample position. For this sample, the amount of vertical and horizontal distortion can be clearly evaluated.
A grid mesh having from 2000 to 2000 orthogonal lines or a grating having a line width of about 5 to 0.5 μm is used. Next, the magnification of the electron microscope is set to the minimum magnification, and the objective lens is focused on the sample surface. At this time, the image is greatly distorted due to distortion, so focus at the center of the image, or if it is difficult to determine whether the focus is also coincident at the center, slightly increase the magnification and adjust the center of the image. The magnification may be reset to the minimum after focusing by the section. Next, a current is passed through the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection to excite it. Here, the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection generates a magnetic field in a direction opposite to that of the objective lens 7, for example, the same winding direction of the coil and the same current direction, or the same winding direction of the coil and the same current. It is set to be in the opposite direction. When the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection is excited, the scanning electron microscope image is defocused and the amount of image distortion changes. While the deviation of the focus is corrected by changing the current excitation of the converging lens 2, the excitation is changed by the current supplied to the correction magnetic field lens 9 for electron beam deflection so that the distortion of the image is reduced. An image is acquired in the vicinity of the current value at which the image distortion is reduced,
Measure the vertical and horizontal ratio of the grid mesh sample, the ratio becomes appropriate, and the magnification error between the center and the periphery of the image is 5%
The excitation of the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection is adjusted so as to be within the range, and the focus is accurately adjusted by the converging lens 2. The excitation current values of the electron beam deflection correction magnetic field lens 9 and the convergent lens 2 determined in this way are recorded with respect to the acceleration voltage, and the magnification and the correction value are displayed on the display device as necessary.
【0053】次に加速電圧を変化させた場合について述
べる。試料に入射する時の加速電圧は、試料に印加する
電極と、対物レンズの磁路の下部に設けられた電極との
間に印加するリターディング電圧を変化させて試料台と
対物レンズの下部の間に減速電界を形成する。この減速
電界の度合いにより一次電子線の速度が変化すると共に
偏向歪み量も変化する。このリターディング電圧による
電界は一種の静電レンズのごとき動きをする。このよう
に発生した偏向歪みと対物レンズの歪曲収差を合わせ
て、補正磁界レンズで歪みを吸収する如く上記と同様な
方法にて電子線偏向用の補正磁界レンズ9と収束レンズ
2の励磁電流値を決定する。全ての加速電圧とリターデ
ィング電圧との組み合わせにより決定される電子線偏向
用の補正磁界レンズ9と収束レンズ2の励磁電流値をテ
ーブルとして装置制御プログラムに組込み、加速電圧と
リターディング電圧が決定された時に歪曲収差が補正さ
れ、かつ試料に焦点があう条件が自動で設定されるよう
にする。Next, the case where the acceleration voltage is changed will be described. The acceleration voltage at the time of incidence on the sample is changed by changing the retarding voltage applied between the electrode applied to the sample and the electrode provided below the magnetic path of the objective lens so that the sample table and the lower part of the objective lens are changed. A deceleration electric field is formed between them. Depending on the degree of the deceleration electric field, the speed of the primary electron beam changes and the deflection distortion also changes. The electric field due to this retarding voltage moves like a kind of electrostatic lens. The deflection current generated in this way is combined with the distortion of the objective lens, and the excitation current values of the correction magnetic field lens 9 for electron beam deflection and the convergent lens 2 are processed in the same manner as described above so that the correction magnetic field lens absorbs the distortion. To determine. The excitation current values of the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection and the convergence lens 2 determined by the combination of all the acceleration voltage and the retarding voltage are incorporated in the apparatus control program as a table, and the acceleration voltage and the retarding voltage are determined. In this case, the distortion is corrected and the condition for focusing on the sample is automatically set.
【0054】一方、荷電粒子源としてイオン源を用い、
荷電粒子線としてイオン線を適用しても本願の発明は成
立する。但し、リターディング電圧は正の極性の電圧を
電極に印加する。即ち、イオン線に対しては、減速する
如く電界を形成するように電圧を電極に印加する点が異
なる。On the other hand, an ion source is used as a charged particle source,
Even if an ion beam is applied as a charged particle beam, the invention of the present application is established. However, a positive polarity voltage is applied to the electrode as the retarding voltage. That is, the difference is that a voltage is applied to the electrode so that an electric field is formed so as to decelerate the ion beam.
【0055】歪曲収差は偏向器の走査範囲を広くして、
即ち中間倍率を設定した場合、電子線の偏向離軸が大き
くなり歪曲収差が大きく生じる。従って、最低倍率の場
合歪曲収差が最大となる。高い倍率では走査幅が狭く成
り偏向離軸は小さくなる。この時、補正磁界レンズ9及
び対物レンズ7の中心部分を通過するため、補正磁界レ
ンズ9及び対物レンズ7の中心から離れたところを通過
する際に発生する歪みは非常に小さく成る。従って、対
物レンズ7に対する電子線偏向用の補正磁界レンズ9に
よる補正は不必要となる場合がある。倍率を中間倍率か
ら高倍率又は高倍率から中間倍率に可変するに当たって
は、中間倍率の偏向歪みを小さくする条件に補正磁界レ
ンズ9と収束レンズ2の条件を規定しておくだけで十分
である。なぜならば、高倍率では電子線はレンズの中心
近くを通過するため、中間倍率の時のレンズ調整条件で
あったとしても試料から得られる二次荷電粒子線による
像形成には障害とはならない場合がある。この場合は、
電子線偏向用の補正磁界レンズ9と収束レンズ2の励磁
電流値のテーブルは倍率に依存して変化させる必要はな
い。このように加速電圧とリターディング電圧により電
子光学条件を制御することにより中間倍率(走査領域を
像面換算100μm〜10μmの範囲で)から高倍率(走
査領域を像面換算10μm未満〜1μmの範囲で)更に
は低倍率(走査領域を像面換算100μmより大きく数
百μmの範囲で)から高倍率まで歪みのない高解像度の
走査電子顕微鏡像が取得できる。この際、表示装置に取
得された画像を表示すると共に取得した際の倍率も併せ
て表示する。The distortion increases the scanning range of the deflector,
That is, when the intermediate magnification is set, the deflection off-axis of the electron beam becomes large, and a large distortion occurs. Accordingly, the distortion becomes maximum at the lowest magnification. At a high magnification, the scanning width becomes narrow and the deflection off-axis becomes small. At this time, since the light passes through the correction magnetic lens 9 and the center portion of the objective lens 7, distortion generated when the light passes through a position apart from the center of the correction magnetic lens 9 and the objective lens 7 is extremely small. Therefore, the correction of the objective lens 7 by the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection may not be necessary. In changing the magnification from the intermediate magnification to the high magnification or from the high magnification to the intermediate magnification, it is sufficient to prescribe the conditions of the correction magnetic field lens 9 and the converging lens 2 to reduce the deflection distortion at the intermediate magnification. Because, at high magnification, the electron beam passes near the center of the lens, even if the lens adjustment conditions are at medium magnification, there is no obstacle to image formation by the secondary charged particle beam obtained from the sample. There is. in this case,
It is not necessary to change the table of the exciting current values of the correction magnetic lens 9 for electron beam deflection and the converging lens 2 depending on the magnification. As described above, by controlling the electro-optical conditions by the acceleration voltage and the retarding voltage, the intermediate magnification (the scanning area is in a range of 100 μm to 10 μm in terms of the image plane) to the high magnification (the scanning area is in the range of less than 10 μm to 1 μm in terms of the image plane). Further, it is possible to acquire a high-resolution scanning electron microscope image without distortion from low magnification (the scanning area is in a range of more than 100 μm in image plane conversion and several hundred μm) to high magnification. At this time, the acquired image is displayed on the display device, and the magnification at the time of acquisition is also displayed.
【0056】従来、画像の倍率は1000倍から1万倍
の中間倍率領域と1万倍から500万倍の高倍率領域と
に分けられそれぞれの領域でレンズの条件を調整して所
望とする倍率の画像を得ていた。このため、中間倍率領
域では電子線の径が大きく設定されている。この状態で
高倍率領域に切り替えると電子線の径が大きいため画像
の分解能が悪くなりボケた画像しか得られないこととな
り非常に見ずらかった。これに対し、本願の方法により
画像の倍率が1000倍から500万倍の領域に跨って
画像の中心位置がズレること無く表示することが達成で
きるようになった。因みに、画像の中心部と周辺部との
倍率誤差が5%より大きければ、画像中心位置の位置ズ
レ量が人間の目で判断できるのは表示画面上では1mm
(倍率1万倍で像面換算0.1μm相当)程度である。従
って、本方法ではこの値より小さい値が得られているも
のである。Conventionally, the magnification of an image is divided into an intermediate magnification area of 1000 to 10,000 times and a high magnification area of 10,000 to 5 million times, and the desired magnification is adjusted by adjusting the lens conditions in each area. Was getting the image. For this reason, the diameter of the electron beam is set large in the intermediate magnification range. When switching to the high magnification area in this state, the resolution of the image deteriorates due to the large diameter of the electron beam, and only a blurred image is obtained, which is very difficult to see. On the other hand, according to the method of the present invention, it is possible to achieve display without shifting the center position of the image over an area where the magnification of the image is 1000 to 5,000,000 times. By the way, if the magnification error between the central part and the peripheral part of the image is larger than 5%, the displacement amount of the central position of the image can be judged by human eyes by 1 mm on the display screen.
(Equivalent to 0.1 μm in image plane conversion at a magnification of 10,000 times). Therefore, in the present method, a value smaller than this value is obtained.
【0057】このように、この光学系は、電子線偏向用
の補正補正磁界レンズ9及び対物レンズ7の励磁条件を
上記のような歪曲収差を補正する条件に設定し、上段偏
向コイル4及び下段偏向コイル5の偏向用電流値を変え
ることによって倍率変化が可能であるという利点を持
つ。すなわち、低倍率から高倍率までの広い範囲での像
観察が画像がボケること無く行ことが可能であり、操作
性の向上が図られる。As described above, in this optical system, the excitation conditions of the electron beam deflecting correction magnetic field lens 9 and the objective lens 7 are set to the conditions for correcting the distortion as described above, and the upper deflecting coil 4 and the lower There is an advantage that the magnification can be changed by changing the deflection current value of the deflection coil 5. That is, image observation in a wide range from low magnification to high magnification can be performed without blurring the image, and operability is improved.
【0058】なお、偏向器は偏向コイルを例にして説明
しているが、本発明は、これに限らず、静電偏向板に対
しても適用可能である。Although the deflector has been described using a deflection coil as an example, the present invention is not limited to this, and can be applied to an electrostatic deflection plate.
【0059】更に、電子源をイオン源とし、補正磁界レ
ンズを静電レンズに変えても対物レンズの離軸偏向歪み
を静電レンズにより打ち消す如く取り付け動作させるこ
とは可能である。但し、イオン源からのイオンビームに
対しては、加速電圧やリターディング電圧は電子ビーム
の時とは逆極性となる。次に、上記の対物レンズで発生
する歪曲収差を補正し、中間倍率及び高倍率でボケるこ
と無く走査電子顕微鏡画像を取得するためのレンズ、コ
イルの実装構成を、以下、図6〜図9を用いて説明す
る。Further, even if the electron source is an ion source and the correction magnetic field lens is changed to an electrostatic lens, the mounting operation can be performed so that the off-axis deflection distortion of the objective lens is canceled by the electrostatic lens. However, for the ion beam from the ion source, the acceleration voltage and the retarding voltage have polarities opposite to those of the electron beam. Next, the mounting configuration of the lens and coil for correcting the distortion generated in the objective lens and obtaining a scanning electron microscope image without blurring at intermediate magnification and high magnification will be described below with reference to FIGS. This will be described with reference to FIG.
【0060】図6は、本発明の第2の実施例を示し、電
子線偏向用の補正磁界レンズを偏向コイル下部に設置す
るための1つの例である。図6に示すように、収束レン
ズ磁路10と対物レンズ磁路14との間に電子線偏向用
の補正磁界レンズ磁路12を設置し、上段偏向コイル4
と下段偏向コイル5とを偏向コイルボビン16に巻いて
電子線偏向用の補正磁界レンズ13中に設置した構成で
ある。FIG. 6 shows a second embodiment of the present invention, which is an example in which a correction magnetic lens for deflecting an electron beam is provided below a deflection coil. As shown in FIG. 6, a correction magnetic field lens path 12 for electron beam deflection is provided between the convergent lens path 10 and the objective lens path 14, and
And a lower deflection coil 5 wound around a deflection coil bobbin 16 and installed in a correction magnetic lens 13 for electron beam deflection.
【0061】試料8は、試料ステージ19に取りつけ、
対物レンズ磁路のギャップ中に配置している。各レンズ
内部にはそれぞれのレンズ励磁用の収束レンズコイル1
1、電子線偏向用の補正磁界レンズコイル13、対物レ
ンズコイル15が配置される。電子線偏向用の補正磁界
レンズのレンズ磁路12のギャップ、すなわちレンズ主
面が下段偏向コイル5よりも下にあるので上記のような
歪曲収差補正用の光学系として使用できる。The sample 8 is mounted on a sample stage 19,
It is arranged in the gap of the objective lens magnetic path. A converging lens coil 1 for exciting each lens is provided inside each lens.
1. A correction magnetic field lens coil 13 for electron beam deflection and an objective lens coil 15 are arranged. Since the gap of the lens magnetic path 12 of the correction magnetic field lens for electron beam deflection, that is, the lens main surface is below the lower deflection coil 5, it can be used as an optical system for correcting distortion as described above.
【0062】図7は、図6と同様に上記光学系を実現す
るための構成の一例であり、本発明の第3の実施例を示
す。この場合は、対物レンズ磁路14上に電子線偏向用
の補正磁界レンズ磁路12を配置し、収束レンズ磁路1
0との間にスペーサ17を配置してある。このスペーサ
位置に偏向コイルボビン16を配置することにより、図
6と同様な光学系の構成とすることができる。FIG. 7 shows an example of a configuration for realizing the above-mentioned optical system as in FIG. 6, and shows a third embodiment of the present invention. In this case, the correction magnetic field lens path 12 for deflecting the electron beam is disposed on the objective lens path 14, and the convergent lens path 1
A spacer 17 is arranged between the first and the second. By arranging the deflecting coil bobbin 16 at this spacer position, the configuration of the optical system similar to that of FIG. 6 can be obtained.
【0063】図8は、図6と同様に上記光学系を実現す
るための構成の一例であり、本発明の第4の実施例を示
す。この場合は、偏向コイルボビン16を電子線偏向用
の補正磁界レンズ磁路12の上下に配置し、偏向コイル
による偏向の中間段階で対物レンズの歪曲収差のキャン
セルを行うための歪曲収差を電子線偏向用の補正磁界レ
ンズ磁路のギャップに発生させることにより、図6と同
様な光学系の構成としたものである。試料8は対物レン
ズ磁路14の下に設置した試料室18内の試料ステージ
19上に保持されている。これは汎用の走査電子顕微鏡
で通常用いられているアウトレンズタイプの対物レンズ
であり、インレンズタイプと異なって大型サイズの試料
の観察が可能である。FIG. 8 shows an example of a configuration for realizing the above-mentioned optical system, similarly to FIG. 6, and shows a fourth embodiment of the present invention. In this case, the deflection coil bobbin 16 is arranged above and below the correction magnetic field lens magnetic path 12 for electron beam deflection, and the distortion for canceling the distortion of the objective lens at the intermediate stage of the deflection by the deflection coil is corrected by the electron beam deflection. An optical system similar to that shown in FIG. 6 is obtained by generating the correction magnetic field lens in the gap of the magnetic path. The sample 8 is held on a sample stage 19 in a sample chamber 18 installed below the objective lens magnetic path 14. This is an out-lens type objective lens generally used in a general-purpose scanning electron microscope, and can observe a large-sized sample unlike the in-lens type.
【0064】すなわち、荷電粒子源と、荷電粒子源より
発生した荷電粒子線を収束させるための収束レンズと、
試料を載置した試料台と、荷電粒子線を試料上に結像さ
せるための対物レンズとを有し、対物レンズの荷電粒子
源側に、対物レンズで発生する歪曲収差を補正するため
の補正レンズを配置し、補正レンズを挟んで第1の偏向
器と第2の偏向器とを有する点にある。That is, a charged particle source, a converging lens for converging a charged particle beam generated from the charged particle source,
It has a sample stage on which a sample is mounted, and an objective lens for forming an image of a charged particle beam on the sample, and a correction for correcting distortion caused by the objective lens on the charged particle source side of the objective lens. The present invention is characterized in that a lens is arranged, and a first deflector and a second deflector are provided with a correction lens interposed therebetween.
【0065】図9は、本発明の第5の実施例を示し、汎
用の走査電子顕微鏡で通常用いられているアウトレンズ
タイプの対物レンズを用いて上記光学系を実現するため
の構成の一例である。対物レンズ磁路14の上下には一
次電子線の照射により試料から発生した2次電子線の強
度を検出するための2次電子検出器20が設置されてい
る。電界磁界直交型偏向器(EXB型偏向器)21は対物
レンズ磁路内に設置されており、一次電子線を曲げるこ
と無く2次電子が対物レンズ上に配置した2次電子検出
器20に効率良く検出されるための条件で駆動されてい
る。反射電子検出器22は試料8と対物レンズ磁路14
との間に設置され、試料8で反射した電子線強度を検出
する。試料8は絶縁板27を介して試料ステージ19上
に保持されている。尚、試料ステージが2段構造で絶縁
されていても良い。試料8にはリタ−ディング電圧28
が印加され、試料8に入射する1次電子線のエネルギー
を減少させるように設定されている。これは一次電子線
を偏向器、対物レンズを通過時に高加速エネルギーで通
過する事により収差の影響を低減することにある。試料
8に入射する直前で1次電子線のエネルギーを減少さ
せ、試料の電子線照射ダメージを軽減させるためであ
る。電極23は接地されており、試料8との間でリタ−
ディングのための電界を形成している。電子銃電極24
には電子銃加速電圧26が印加され、電子源チップ25
から1次電子線を引き出し、所定の加速電圧まで加速さ
せる働きをしている。FIG. 9 shows a fifth embodiment of the present invention, which is an example of a configuration for realizing the above-mentioned optical system using an out-lens type objective lens generally used in a general-purpose scanning electron microscope. is there. Above and below the objective lens magnetic path 14, a secondary electron detector 20 for detecting the intensity of the secondary electron beam generated from the sample by the irradiation of the primary electron beam is provided. An electric field magnetic field orthogonal type deflector (EXB type deflector ) 21 is installed in the objective lens magnetic path, and the secondary electrons can be efficiently supplied to the secondary electron detector 20 arranged on the objective lens without bending the primary electron beam. It is driven under conditions for good detection. The backscattered electron detector 22 includes the sample 8 and the objective lens magnetic path 14.
And detects the intensity of the electron beam reflected by the sample 8. The sample 8 is held on the sample stage 19 via the insulating plate 27. Note that the sample stage may be insulated in a two-stage structure. Sample 8 has a retarding voltage of 28.
Is applied to reduce the energy of the primary electron beam incident on the sample 8. This is to reduce the influence of aberration by passing a primary electron beam with high acceleration energy when passing through a deflector and an objective lens. This is because the energy of the primary electron beam is reduced immediately before the light is incident on the sample 8 to reduce the electron beam irradiation damage to the sample. The electrode 23 is grounded, and a
Forming an electric field for loading. Electron gun electrode 24
The electron gun acceleration voltage 26 is applied to the
It works to extract the primary electron beam from and accelerate it to a predetermined acceleration voltage.
【0066】対物レンズ磁路14のギャップで発生する
磁界の歪曲収差と、リターディング電界で発生する収差
とを除去する電子線偏向用補正補正磁界レンズを対物レ
ンズ磁路14と偏向器4、5との間に設けた点にある。An electron beam deflecting correction magnetic field lens for eliminating distortion of the magnetic field generated in the gap of the objective lens magnetic path 14 and aberration generated in the retarding electric field is provided by the objective lens magnetic path 14 and the deflectors 4 and 5. And the point provided between them.
【0067】また、言い方を変えると、荷電粒子源と荷
電粒子線を偏向するための偏向器と試料を載置した試料
台と試料上に結像させるための対物レンズと前記試料台
と前記対物レンズとの間に設けられた減速電界を発生す
る第2レンズとを有し、対物レンズの荷電粒子源側に対
物レンズと第2レンズで発生する偏向歪みとを補正する
ための第1のレンズを設けた点にある。In other words, in other words, a charged particle source and a deflector for deflecting the charged particle beam, a sample stage on which the sample is mounted, an objective lens for forming an image on the sample, the sample stage, and the objective A first lens for generating a deceleration electric field provided between the lens and a first lens for correcting a deflection distortion generated by the objective lens and the second lens on the charged particle source side of the objective lens; Is provided.
【0068】ここでの第2のレンズは対物レンズの磁路
下面に有する電極と、試料台上の試料に減速電圧が印加
できる電極とを有しその間に電圧を印加して成る静電レ
ンズの働きをする。The second lens here has an electrode provided on the lower surface of the magnetic path of the objective lens and an electrode capable of applying a deceleration voltage to the sample on the sample stage. Work.
【0069】このような方法よって、画像の倍率が10
00倍から500万倍の領域において連続的に画像中心
部と周辺部との倍率誤差が5%以内で表示することを可
能とした。According to such a method, an image magnification of 10
It is possible to continuously display the image with a magnification error of 5% or less between the central portion and the peripheral portion of the image in the area of 00 to 5 million times.
【0070】次に、本発明の第6の実施例として、電子
顕微鏡装置を半導体素子等の回路パターンの検査に適用
した場合の例について説明する。半導体素子の不良検査
では、高スループットでの検査が必要とされている。こ
れに対して、1回の検査領域を大きくすることによって
トータルの検査時間を短くするのが1つの方法となる。Next, as a sixth embodiment of the present invention, an example in which the electron microscope apparatus is applied to inspection of a circuit pattern of a semiconductor element or the like will be described. In a defect inspection of a semiconductor element, a high-throughput inspection is required. On the other hand, one method is to shorten the total inspection time by enlarging one inspection area.
【0071】本発明の電子顕微鏡では、対物レンズの中
間倍率での歪曲収差を補正するこができるので偏向振り
幅を大きくしても画像には歪みがない。すなわち、1回
の画像取得領域を従来方法に比較して大きくできるの
で、これを繰り返し回路パターンの検査に用いればスル
ープットの向上がなされる。従来の検査方法では、1ラ
インの検査をステージの移動と同期して所定回数の検査
を実行後、次のラインの検査をステージの移動によって
順次実行する。1ラインの検査におけるスループット
は、1枚の取得画像を比較検査する時間によって決定さ
れ、トータルの実行時間はこれを何ライン繰り返すかに
より算出される。In the electron microscope of the present invention, distortion can be corrected at an intermediate magnification of the objective lens, so that even if the deflection width is increased, there is no distortion in the image. That is, since one image acquisition area can be made larger than that of the conventional method, the throughput can be improved by repeatedly using it for the inspection of the circuit pattern. In the conventional inspection method, inspection of one line is performed a predetermined number of times in synchronization with movement of the stage, and then inspection of the next line is sequentially performed by moving the stage. The throughput in the inspection of one line is determined by the time for comparing and inspecting one acquired image, and the total execution time is calculated by how many lines are repeated.
【0072】ここで、200mm角の領域を検査する場
合について説明する。従来0.1mm角で1回の検査を
実行していると仮定し、本発明では1mm角で実行する
ものとする。まず、トータルの検査における1画像の検
査回数は、2000×2000回から200×200回
に削減されるが、同一解像度で検査を実行するという条
件では、検査領域を大きくした場合には検査画素も大き
くなるので、計算時間を考えるとスループット向上への
効果はない。1ラインの検査後、次のラインへのステー
ジの移動回数は2000回から200回に削減される。
ステージの移動1回あたりの所要時間を1秒とすると、
これは30分のスループット向上となる。現在は、トー
タルの検査時間が7時間程度と長いのでスループット向
上の度合いは低いが、今後計算時間の向上によりトータ
ルの検査時間が短縮されれば、本方法は、スループット
向上に対する有効手段の1つとなる。Here, a case where a 200 mm square area is inspected will be described. Conventionally, it is assumed that one inspection is performed on a 0.1 mm square, and in the present invention, the inspection is performed on a 1 mm square. First, the number of inspections for one image in the total inspection is reduced from 2000 × 2000 to 200 × 200. However, under the condition that the inspection is performed at the same resolution, the inspection pixels are also reduced when the inspection area is enlarged. Since it becomes large, there is no effect on improving the throughput in consideration of the calculation time. After the inspection of one line, the number of times the stage moves to the next line is reduced from 2,000 to 200.
If the time required for one stage movement is 1 second,
This results in a 30 minute throughput improvement. At present, the degree of throughput improvement is low because the total inspection time is as long as about 7 hours. However, if the total inspection time is reduced by improving the calculation time in the future, this method is one of effective means for improving the throughput. Become.
【0073】言い換えると、繰り返し回路パターンを有
する試料を試料台に載置し荷電粒子源からの一次荷電粒
子線を加速して一次荷電粒子線を試料に結像させる。対
物レンズを通過して照射させ、対物レンズを通過した一
次荷電粒子線を試料台上で減速電界により減速させ対物
レンズを通過して発生する偏向歪みと減速電界を通過し
た際に発生する偏向歪みを補正する補正レンズに偏向歪
み補正量を供給する。試料の繰り返しパターンの第1の
領域を第1の中間倍率で試料上の走査領域が10〜10
0μmの範囲を走査して検出し第1の画像として記憶
し、第2の領域を第1倍率又は第2の中間倍率で走査し
て検出して第2の画像として記憶する。第1と第2の画
像を比較検査することにより回路パターンの欠陥を検査
する。この際、倍率に併せて、補正レンズに予め求めた
補正値を設定する。補正して得られた画像を計測時の倍
率または走査範囲を情報として記憶し、要求により画面
に画像と倍率または走査範囲の情報を付けて表示する。In other words, the sample having the repetitive circuit pattern is placed on the sample table, and the primary charged particle beam from the charged particle source is accelerated to image the primary charged particle beam on the sample. Irradiation is performed by passing through the objective lens, and the primary charged particle beam that has passed through the objective lens is decelerated by the decelerating electric field on the sample stage, and the deflection distortion generated when passing through the objective lens and the deflection distortion generated when passing through the decelerating electric field Is supplied to the correction lens that corrects the deflection. The first area of the repetitive pattern of the sample is scanned at a first intermediate magnification with a scanning area of 10 to 10 on the sample.
A range of 0 μm is scanned and detected and stored as a first image, and a second region is scanned and detected at a first magnification or a second intermediate magnification and stored as a second image. The circuit pattern is inspected for defects by comparing and inspecting the first and second images. At this time, a correction value determined in advance for the correction lens is set according to the magnification. The image obtained by the correction is stored as information on the magnification or the scanning range at the time of measurement, and the image and the information on the magnification or the scanning range are displayed on the screen upon request.
【0074】これにより、検査装置においては、走査領
域を像面換算100μm〜10μmの範囲で試料により
異なるリターディング電圧による偏向歪みを予め求めて
記憶した補正値を呼び出し、走査領域を像面換算100
μm〜10μmの範囲で検出することにより検査の効率
化を達成することが出来る効果を有するようになった。Thus, in the inspection apparatus, the scanning area is called for a correction value stored in advance by obtaining the deflection distortion due to the retarding voltage different depending on the sample in the range of 100 μm to 10 μm in terms of the image plane conversion, and the scanning area is converted to the image plane conversion 100
The detection in the range of [mu] m to 10 [mu] m has the effect of increasing the efficiency of the inspection.
【0075】次に、第7実施例として、ズーミンク゛機
能を利用した検査及びレビュー装置について説明する。Next, as a seventh embodiment, an inspection and review apparatus using the zoom function will be described.
【0076】繰り返しパターンを有するチップが形成さ
れたウエハを有する。そのウエハを試料ステージ上に載
置し、チップ中を複数の領域分ける。この領域を100
μmとする。この領域に照準を合わせた後、走査幅を1
00μmから10μmの幅でズーミングアップしながら
走査する。一つ前の領域での回路パターンが異なる時に
走査を中止その欠陥を有する領域を登録する。これをチ
ップ全体に実行すると欠陥が大きい場合には倍率の低い
状態で検出し、100μmから10μm全部走査しなく
とも結果得ることが可能になるため、回路パターンの欠
陥検査時間を短縮する効果を有する。この方法を用いれ
ば領域単位で欠陥を見出すことが可能となり欠陥のない
部分は領域単位で除去することが可能となるものです。
ここでの領域及びズーミング範囲は実施例限定されるも
のではなく低倍率、中間倍率、高倍率のいずれについて
も可能である。The wafer has a chip on which a chip having a repeating pattern is formed. The wafer is placed on the sample stage, and the chip is divided into a plurality of regions. This area is 100
μm. After aiming at this area, the scanning width is set to 1
Scanning is performed while zooming up with a width of 00 μm to 10 μm. When the circuit pattern in the previous area is different, the scanning is stopped and the area having the defect is registered. When this process is performed on the entire chip, when a defect is large, it is detected at a low magnification, and a result can be obtained without scanning the entire 100 μm to 10 μm. This has the effect of shortening the defect inspection time of the circuit pattern. . By using this method, defects can be found in units of area, and parts without defects can be removed in units of area.
The area and the zooming range here are not limited to the embodiment, and may be any of low magnification, intermediate magnification, and high magnification.
【0077】チップ内の繰り返し回路パターンを複数の
領域に分ける工程と、その領域毎に第1の走査範囲から
第2の走査範囲間をズーミングアップする工程と、ズー
ミングアップしている間に欠陥パターンを検出する工程
と、を有する欠陥検査方法にある。A step of dividing a repetitive circuit pattern in a chip into a plurality of areas, a step of zooming up from a first scanning range to a second scanning range for each area, and a step of performing a defect pattern while zooming up. And a step of detecting the defect.
【0078】第8実施例として本荷電粒子線光学系とユ
ーセントリック試料ステージの組み合わせについて説明
する。As an eighth embodiment, a combination of the present charged particle beam optical system and a eucentric sample stage will be described.
【0079】試料を試料ステージに載置し、所定の位置
特に試料の構造を色々な角度から顕微することが要求さ
れることがある。その時は、試料ステージを傾斜させた
状態にし、荷電粒子線を偏向器を用いて試料上の目的物
を含む領域を走査して目的物を探す。その際、試料ステ
ージが傾斜しているため照射位置が高さ方向に変化して
しまうと焦点位置がズレる。これを補正し焦点を合わす
為には対物レンズの像面位置即ち焦点を対物レンズの電
流を変化させて再調整する。このような工程を経ること
なくユーセントリック型試料ステージを用いれば、傾い
た状態で常に照射位置の高さが同じにできるため焦点位
置を合わせ直す必要が無くピントの合った画像を得るこ
とができるのは、対物レンズを通過した際の歪曲歪みを
打ち消す如く動作させた補正レンズを偏向器と対物レン
ズの間に配置して有れば、試料ステージが傾斜した状態
であっても視野探しをすることが可能となる。この状態
で荷電粒子線の走査範囲を100μm以下で走査しその
画像信号により表示画面に表示する際の割合が中間倍率
の1000倍から1万倍率にして視野探し実施する。こ
のように顕微する事により試料ステージを傾斜した状態
で視野探しを可能とするものである。ここでの試料ステ
ージのユーセントリック型構造とは、荷電粒子線が照射
した際に試料ステージの回転中心に常に視野中心が合う
如く調整を可能とする試料ステージを言う。It is sometimes required that a sample is placed on a sample stage and a predetermined position, particularly the structure of the sample, is observed from various angles. At that time, the sample stage is tilted, and the charged particle beam is scanned using a deflector to scan an area including the target on the sample to search for the target. At this time, if the irradiation position changes in the height direction because the sample stage is inclined, the focal position shifts. In order to correct this and adjust the focus, the image plane position of the objective lens, that is, the focus is readjusted by changing the current of the objective lens. If the eucentric sample stage is used without going through such a process, the height of the irradiation position can always be the same in the inclined state, so that it is possible to obtain an in-focus image without having to re-focus. The reason is that if a correction lens operated to cancel the distortion when passing through the objective lens is arranged between the deflector and the objective lens, the field of view is searched even when the sample stage is inclined. It becomes possible. In this state, the scanning range of the charged particle beam is scanned at 100 μm or less, and the visual field search is performed with the ratio of displaying the image signal on the display screen at 1000 × to 10,000 × of the intermediate magnification. The microscopic observation enables a visual field search in a state where the sample stage is inclined. Here, the eucentric structure of the sample stage refers to a sample stage that can be adjusted so that the center of the field of view always coincides with the center of rotation of the sample stage when the charged particle beam is irradiated.
【0080】次に、第9の実施例を以下に示す。Next, a ninth embodiment will be described below.
【0081】補正磁界レンズ9を歪曲収差キヤンセル用
にせずに偏向器を補助する補助レンズとして動作した例
について説明する。An example in which the correction magnetic lens 9 operates as an auxiliary lens for assisting the deflector without using it for the distortion canceller will be described.
【0082】偏向振り幅を変化させ、走査電子顕微鏡画
像の倍率を変化させることができる。ここで、上記高倍
率像観察用光学系での偏向振り幅の計算に用いたレン
ズ、コイル間距離、励磁条件に加えて、補助磁界レンズ
9を対物レンズの上66mmに設置すると仮定する。ま
た、収束レンズ像面3が補助磁場レンズ9の上78mm
にできていると仮定する。偏向支点を対物レンズ前磁場
焦点面に一致させるための条件は、補助磁界レンズ9の
焦点距離を、1/(1/78+1/66)=35.8m
mにすることである。The magnification of the scanning electron microscope image can be changed by changing the deflection swing width. Here, it is assumed that the auxiliary magnetic field lens 9 is placed 66 mm above the objective lens in addition to the lens, the distance between the coils, and the excitation conditions used for the calculation of the deflection swing width in the optical system for high magnification image observation. The convergent lens image plane 3 is 78 mm above the auxiliary magnetic field lens 9.
Assume that The condition for matching the deflection fulcrum with the magnetic field focal plane before the objective lens is that the focal length of the auxiliary magnetic field lens 9 is 1 / (1/78 + 1/66) = 35.8 m.
m.
【0083】この時、上段偏向コイル偏向角度を50m
radに設定すると、下段偏向コイルの偏向角度は、補
助磁界レンズ9のレンズ作用の中心に電子線を振り戻す
条件から 18mradとなり、偏向振り幅は0.1mm
となる。上記と同様な走査電子顕微鏡画像の表示条件で
の像倍率は、100/0.2=500倍となる。これ
は、図1の場合の偏向振り幅r=47μmに比べて、約
2倍となる。よって、収束レンズ2、対物レンズ7、上
段偏向コイル4と下段偏向コイル5の条件を全て変更せ
ずに、補助磁界レンズ9のレンズ作用のみで中間倍率
(1000倍)の2分の1の低倍率の像を観察できるこ
とになる。At this time, the deflection angle of the upper deflection coil is set to 50 m.
When set to rad, the deflection angle of the lower deflecting coil is 18 mrad from the condition of returning the electron beam to the center of the lens action of the auxiliary magnetic field lens 9, and the deflection swing width is 0.1 mm.
Becomes The image magnification under the same scanning electron microscope image display condition as above is 100 / 0.2 = 500 times. This is about twice as large as the deflection swing width r = 47 μm in the case of FIG. Therefore, without changing all the conditions of the converging lens 2, the objective lens 7, the upper deflecting coil 4 and the lower deflecting coil 5, only the lens action of the auxiliary magnetic field lens 9 reduces the intermediate magnification (1000 times) to one half. The image at the magnification can be observed.
【0084】この光学系の利点として、補助磁場レンズ
9の光軸を対物レンズ7の光軸に機械的又は偏向器によ
って一致させることによって、中間倍率と低倍率との切
り替え時に像の位置ずれが無くなり、非点収差も共通と
な。ここでは図示しなかったが非点収差補正器は対物レ
ンズと、荷電粒子源との間に配置されている。これによ
り、切り替え時の調整が不要になる。また、対物レンズ
7は、中間倍率と高倍率とで同じ励磁で使用できる場合
がある。その時は、切り替え時のヒステリシスによる像
のにげが無くなる。An advantage of this optical system is that the optical axis of the auxiliary magnetic field lens 9 is made to coincide with the optical axis of the objective lens 7 mechanically or by a deflector, so that the displacement of the image at the time of switching between the intermediate magnification and the low magnification is reduced. It disappears and astigmatism is also common. Although not shown here, the astigmatism corrector is disposed between the objective lens and the charged particle source. This eliminates the need for adjustment at the time of switching. In some cases, the objective lens 7 can be used with the same excitation at the intermediate magnification and the high magnification. At that time, the image is not blurred due to hysteresis at the time of switching.
【0085】さらに、上段偏向コイル4と下段偏向コイ
ル5を用いた振り戻し偏向系なので1段偏向の場合に生
ずる画像の周辺ぼけも無くなるという点がある。上記の
実施例は、インレンズタイプの電子顕微鏡で通常用いら
れる短焦点(2mm下)の対物レンズに適用した場合であ
るが、アウトレンズタイプの電子顕微鏡で用いられてい
る長焦点(5mm上)の対物レンズに上記光学系を適用し
た場合には、さらに効果が大きい。例えば、上記のレン
ズ構成で対物レンズの焦点距離を10mmに仮定した場
合、上段偏向コイル偏向角度を50mradに設定する
と、偏向振り幅は0.4mmとなり、像倍率は、100
/0.8=125倍という低倍率が得られる。Further, since the swingback deflection system uses the upper stage deflection coil 4 and the lower stage deflection coil 5, there is no peripheral blurring of the image which occurs in the case of single stage deflection. The above embodiment is a case where the present invention is applied to a short-focus (2 mm lower) objective lens generally used in an in-lens type electron microscope, but a long focus (5 mm upper) used in an out-lens type electron microscope. When the above-mentioned optical system is applied to the objective lens, the effect is further enhanced. For example, if the focal length of the objective lens is assumed to be 10 mm in the above lens configuration, and the deflection angle of the upper deflection coil is set to 50 mrad, the deflection swing width is 0.4 mm and the image magnification is 100 mm.
A low magnification of /0.8=125 times is obtained.
【0086】即ち、低倍率であっても周辺ボケの少ない
画像得るという効果を奏する。That is, there is an effect that an image with less peripheral blur is obtained even at a low magnification.
【0087】[0087]
【発明の効果】本発明によれば、荷電粒子線装置におい
て、低倍率から高倍率までの広い倍率範囲において高解
像度で歪みのない良好な画像を取得できる。低倍率像と
高倍率像で画像ずれがほとんどなく連続して画像を取得
することが可能となった。According to the present invention, in a charged particle beam apparatus, it is possible to obtain a high-resolution and distortion-free good image in a wide magnification range from low magnification to high magnification. It has become possible to continuously obtain images with little image shift between the low magnification image and the high magnification image.
【図1】従来の高倍率の走査電子顕微鏡画像観察用光学
系を表わす図。FIG. 1 is a view showing a conventional high-magnification scanning electron microscope image observation optical system.
【図2】対物レンズで発生する歪曲収差の結果を表わす
図。FIG. 2 is a diagram illustrating a result of distortion generated by an objective lens.
【図3】従来の低倍率の走査電子顕微鏡画像観察用光学
系を表わす図。FIG. 3 is a view showing a conventional low magnification scanning electron microscope image observation optical system.
【図4】本発明の第1の実施例の基本的構成を説明する
図。FIG. 4 is a diagram illustrating a basic configuration of the first embodiment of the present invention.
【図5】本発明により対物レンズで発生する歪曲収差を
補正した結果を表わす図。FIG. 5 is a diagram showing a result of correcting distortion generated in an objective lens according to the present invention.
【図6】本発明の第2の実施例を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a second embodiment of the present invention.
【図7】本発明の第3の実施例を説明する図。FIG. 7 is a view for explaining a third embodiment of the present invention.
【図8】本発明の第4の実施例を説明する図。FIG. 8 is a view for explaining a fourth embodiment of the present invention.
【図9】本発明の第5の実施例を説明する図。FIG. 9 is a diagram illustrating a fifth embodiment of the present invention.
1…電子源、1'…光軸、2…収束レンズ、3…収束レ
ンズ像面、4…上段偏向コイル、5…下段偏向コイル、
6…偏向支点、7…対物レンズ、8…試料、9…電子線
偏向用の補正磁界レンズ(補正レンズ又は補正磁界レン
ズ)、10…収束レンズ磁路、11…収束レンズコイ
ル、12…電子線偏向用の補正磁界レンズ磁路、13…
電子線偏向用の補正磁界レンズコイル(補正レンズ又は
補正磁界レンズ)、14…対物レンズ磁路、15…対物
レンズコイル、16…偏向コイルボビン、17…スペー
サ、18…試料室、19…試料ステージ、20…2次電
子検出器、21…電界磁界直交型偏向器、22…反射電
子検出器、23…電極、24…電子銃電極、25…電子
源チップ、26…電子銃加速電圧、27…絶縁板、28
…リタ−ディング電圧。対物レンズの像点DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron source, 1 '... Optical axis, 2 ... Convergent lens, 3 ... Convergent lens image surface, 4 ... Upper deflection coil, 5 ... Lower deflection coil,
Reference numeral 6: deflection fulcrum, 7: objective lens, 8: sample, 9: correction magnetic lens (correction lens or correction magnetic lens) for electron beam deflection, 10: convergent lens magnetic path, 11: convergent lens coil, 12: electron beam Correction magnetic field lens magnetic path for deflection, 13 ...
Correction magnetic field lens coil (correction lens or correction magnetic field lens) for electron beam deflection, 14 ... objective lens magnetic path, 15 ... objective lens coil, 16 ... deflection coil bobbin, 17 ... spacer, 18 ... sample chamber, 19 ... sample stage, Reference numeral 20: secondary electron detector, 21: electric field magnetic field orthogonal type deflector, 22: reflected electron detector, 23: electrode, 24: electron gun electrode, 25: electron source chip, 26: electron gun acceleration voltage, 27: insulation Board, 28
... Retarding voltage. Objective lens image point
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 佐藤 貢 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 市橋 幹雄 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 品田 博之 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 常田 るり子 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 2H097 CA16 LA10 5C033 FF08 JJ05 UU01 UU02 5F056 AA01 EA05 EA06 EA08 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Mitsugu Sato 882 Ma, Hitachinaka-shi, Ibaraki Pref. Within the Measuring Instruments Group, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hiroyuki Shinada 1-280 Higashi-Koigabo, Kokubunji-shi, Tokyo Inside the Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. In-house F-term (reference) 2H097 CA16 LA10 5C033 FF08 JJ05 UU01 UU02 5F056 AA01 EA05 EA06 EA08
Claims (14)
と、試料を載置した試料台と、荷電粒子線を前記試料上
に結像させるための対物レンズと、前記対物レンズで発
生する歪曲収差を打ち消す如く補正する如く励磁された
補正レンズと、前記補正レンズを挟んで前記試料台に載
置された試料上を荷電粒子線が走査するための偏向器
と、を有することを特徴とする荷電粒子線顕微鏡装置。1. A converging lens for converging a charged particle beam, a sample stage on which a sample is mounted, an objective lens for forming an image of the charged particle beam on the sample, and distortion generated by the objective lens A correction lens that is excited so as to correct the aberration so as to cancel out the aberration, and a deflector for scanning the sample placed on the sample table with the correction lens therebetween with a charged particle beam. Charged particle beam microscope equipment.
た荷電粒子線を収束させるための収束レンズと、前記収
束レンズを経た荷電粒子線を偏向するための偏向器と、
試料を載置した試料台と、前記偏向器により偏向された
荷電粒子線を前記試料台の試料上に結像させるための対
物レンズと、前記対物レンズと前記偏向器との間に前記
対物レンズで発生する歪曲収差を補正するための補正レ
ンズと、を具備することを特徴とする荷電粒子線応用装
置。2. A charged particle source, a converging lens for converging a charged particle beam generated from the charged particle source, and a deflector for deflecting the charged particle beam passing through the converging lens.
A sample stage on which a sample is placed, an objective lens for imaging the charged particle beam deflected by the deflector on the sample on the sample stage, and the objective lens between the objective lens and the deflector And a correction lens for correcting distortion generated in the charged particle beam application apparatus.
向器から成ることを特徴とする請求項2記載の荷電粒子
線応用装置。3. The charged particle beam application apparatus according to claim 2, wherein said deflector comprises an upper deflector and a lower swing back deflector.
差を打ち消す方向の歪曲収差を有することを特徴する請
求項2記載の荷電粒子線応用装置。4. The charged particle beam application apparatus according to claim 2, wherein the correction lens has a distortion in a direction to cancel the distortion of the objective lens.
料を載置した試料台と、前記偏向器により偏向された荷
電粒子線を前記試料台の試料上に結像させるための対物
レンズと、前記試料台と前記対物レンズとの間に設けら
れた第2レンズと、前記対物レンズと前記偏向器との間
に前記対物レンズと前記第2のレンズで発生する偏向歪
みを補正するための第1のレンズを設けてなることを特
徴とする荷電粒子線応用装置。5. A deflector for deflecting a charged particle beam, a sample stage on which a sample is mounted, and an objective for imaging the charged particle beam deflected by the deflector on the sample on the sample stage. A lens, a second lens provided between the sample stage and the objective lens, and a deflection distortion generated by the objective lens and the second lens between the objective lens and the deflector. Charged particle beam application apparatus, comprising a first lens for use in the apparatus.
下面に有する電極と、前記試料台上の試料に減速電圧が
印加できる電極と、の間に電圧を印加して成る静電レン
ズで有ることを特徴する請求項5記載の荷電粒子線応用
装置。6. An electrostatic lens formed by applying a voltage between an electrode provided on a lower surface of a magnetic path of the objective lens and an electrode capable of applying a deceleration voltage to a sample on the sample stage. The charged particle beam application device according to claim 5, wherein:
せて照射するための対物レンズと、一次荷電粒子線を偏
向させるための偏向器と、前記対物レンズの磁路の下部
に設けた第1電極と、試料台に設けられた第2電極と、
前記第1と第2電極間で発生する減速電界中を一次荷電
粒子線が通過する際に受ける収差を補正するための補正
レンズを前記偏向器と前記対物レンズとの間に具備する
ことを特徴する荷電粒子線応用装置。7. An objective lens for converging and irradiating a primary charged particle beam on a sample on a sample stage, a deflector for deflecting the primary charged particle beam, and provided below a magnetic path of the objective lens. A first electrode, a second electrode provided on the sample stage,
A correction lens is provided between the deflector and the objective lens for correcting an aberration received when a primary charged particle beam passes through a deceleration electric field generated between the first and second electrodes. Charged particle beam application equipment.
線を集束するための荷電粒子線光学系を通過し、荷電粒
子線を試料上の走査幅を10μm〜100μmまでの範
囲で照射する照射工程と、前記照射工程で荷電粒子線が
前記荷電粒子線光学系を通過した際に発生する偏向歪み
を補正する工程と、前記走査範囲内に目的物を検出する
視野探し工程と、を有することを特徴する荷電粒子線顕
微方法。8. A step of placing a sample on a sample stage, and passing the charged particle beam through a charged particle beam optical system for focusing the charged particle beam so that the scanning width of the charged particle beam on the sample is in a range of 10 μm to 100 μm. Irradiation step of irradiating, a step of correcting the deflection distortion generated when the charged particle beam passes through the charged particle beam optical system in the irradiation step, and a visual field search step of detecting a target within the scanning range, A charged particle beam microscopy method characterized by having:
の信号を画像化して記憶する画像記憶工程と、記憶され
た画像を画像中心部と周辺部とで倍率誤差が5%以内に
表示することを特徴する請求項8記載の荷電粒子線顕微
方法。9. An image storing step of imaging and storing a signal from the detector as the visual field searching step, and displaying the stored image with a magnification error of 5% or less between a central portion and a peripheral portion of the image. The charged particle beam microscopy method according to claim 8, wherein:
子線を集束するための荷電粒子線光学系を通過し荷電粒
子線を試料上で走査幅が100μmより大きい第1の走
査幅で走査した際の表示装置上の表示割合が1000倍
未満の低倍率で表示する如く試料上を走査する第1の走
査工程と、前記低倍率で荷電粒子線が前記荷電粒子線光
学系を通過した際に発生する第1の歪みを補正する工程
と、試料からの第1の走査幅に基づく二次荷電粒子を検
出器で検出する第1の検出工程と、前記検出器からの第
1の信号を画像化して記憶する第1画像記憶工程と、記
憶された第1画像を表示する第1画像表示工程と、荷電
粒子線を試料上で走査幅が100μm以下10μm以内
の第2の走査幅の大きさで走査した際の表示装置上の表
示割合が1000倍から1万倍の中間倍率で表示する如
く試料上を走査する第2の走査工程と、前記中間倍率で
荷電粒子線が前記荷電粒子線光学系を通過した際に発生
する第2の歪みを補正する工程と、試料からの第2の走
査幅に基づく二次荷電粒子を前記検出器から検出する第
2の検出工程と、前記検出器からの第2の信号を画像化
して記憶する第2画像記憶工程と、記憶された第2画像
を表示する第2画像表示工程と、を有することを特徴す
る荷電粒子線顕微方法。10. A step of placing a sample on a sample stage, and a first scanning width which passes through a charged particle beam optical system for converging the charged particle beam and has a scanning width larger than 100 μm on the sample. A first scanning step of scanning the sample so that the display ratio on the display device when scanning is performed at a low magnification of less than 1000 times, and the charged particle beam passes through the charged particle beam optical system at the low magnification Correcting the first distortion generated when the first scanning is performed, a first detecting step of detecting a secondary charged particle based on a first scanning width from the sample with a detector, and a first detecting step from the detector. A first image storing step of imaging and storing the signal, a first image displaying step of displaying the stored first image, and a second scanning width of the charged particle beam on the sample having a scanning width of 100 μm to 10 μm. The display ratio on the display device when scanning at a size of 1000 times A second scanning step of scanning over the sample so as to display at an intermediate magnification of 10,000 times, and correcting a second distortion generated when the charged particle beam passes through the charged particle beam optical system at the intermediate magnification. A second detection step of detecting secondary charged particles based on a second scanning width from the sample from the detector, and a second image for imaging and storing a second signal from the detector. A charged particle beam microscopy method, comprising: a storage step; and a second image display step of displaying a stored second image.
の領域に分ける工程と、前記複数の領域の第1の領域に
荷電粒子線を照射し第1の走査範囲から第2の走査範囲
間を第1のズーミングアップする如く走査する第1の走
査工程と、前記第1のズーミングアップ間にウエハから
の二次荷電粒子を検出器で検出し第1の像信号を得る第
1像形成工程と、前記第1の像信号を記憶する第1の記
憶工程と、前記複数の領域の第2の領域に荷電粒子線を
照射し第1の走査範囲から第2の走査範囲間を第2のズ
ーミングアップする如く走査する第2の走査工程と、前
記第2の走査工程中に第2ズーミングアツプで走査しウ
エハからの二次荷電粒子を前記検出器で検出し前記第2
の像形成する工程と、第1と第2像信号から欠陥パター
ンを検出する工程と、を有する荷電粒子線検査方法。11. A step of dividing a repetitive circuit pattern in a chip into a plurality of regions, and irradiating a first region of the plurality of regions with a charged particle beam to form a first region between a first scanning region and a second scanning region. A first scanning step of scanning so as to zoom in 1; a first image forming step of detecting a secondary charged particle from the wafer with a detector during the first zooming up to obtain a first image signal; A first storage step of storing the first image signal; and a second zooming-up operation between the first scanning range and the second scanning range by irradiating the second region of the plurality of regions with a charged particle beam. A second scanning step in which the secondary charged particles are scanned from the wafer by the second zooming up during the second scanning step, and the secondary charged particles from the wafer are detected by the detector.
A charged particle beam inspection method, comprising the steps of: forming an image; and detecting a defect pattern from the first and second image signals.
料台に載置する工程と、荷電粒子源からの一次荷電粒子
線を加速する工程と、一次荷電粒子線を試料に結像させ
るための対物レンズを通過して照射する工程と、前記対
物レンズを通過した一次荷電粒子線を前記試料台上で減
速電界により減速する工程と、前記対物レンズを通過し
て発生する偏向歪みと減速電界を通過した際に発生する
偏向歪みを補正する補正レンズに偏向歪み補正量を供給
する工程と、試料の繰り返しパターンの第1の領域を第
1の倍率で走査して検出し第1の画像として記憶する第
1の記憶工程と、第2の領域を第1倍率で走査して検出
し第2の画像として記憶する第2の記憶工程と、前記第
1と第2の画像を比較検査することを有することを特徴
する荷電粒子線検査方法。12. A step of mounting a sample having a repetitive circuit pattern on a sample stage, a step of accelerating a primary charged particle beam from a charged particle source, and an objective lens for imaging the primary charged particle beam on the sample. Irradiating through the objective lens, decelerating the primary charged particle beam passing through the objective lens by the deceleration electric field on the sample stage, passing through the deflection distortion and deceleration electric field generated by passing through the objective lens Supplying a deflection distortion correction amount to a correction lens that corrects the deflection distortion generated at the time of scanning; and scanning and detecting the first region of the repetitive pattern of the sample at the first magnification and storing the same as a first image. A first storage step, a second storage step of scanning and detecting a second area at a first magnification and storing the same as a second image, and comparing and inspecting the first and second images. Characterized charged particle beam detection Method.
まで加速するための1段以上の静電レンズと、該電子線
を試料に収束させて照射するための1段以上の収束レン
ズおよび対物レンズと、該電子線を偏向させるための1
段以上の偏向器と、前記対物レンズで発生する歪曲収差
を補正する補正磁界レンズと、を有し前記偏向器、前記
補正磁界レンズおよび前記対物レンズによる電子線偏向
によって電子線を前記試料面上で2次元的に走査し、前
記試料から2次的に発生する電子線の強度を電子線の走
査と同期して検出し輝度変調して走査電子顕微鏡画像を
表示する画像表示装置と、を具備したことを特徴とする
電子顕微鏡装置。13. An electrostatic lens having one or more stages for accelerating an electron beam generated from an electron source to a predetermined voltage, a converging lens having one or more stages for converging and irradiating the sample with the electron beam, and An objective lens and a 1 for deflecting the electron beam.
A deflector having more than one step, and a correction magnetic lens for correcting distortion generated in the objective lens, and an electron beam is deflected on the sample surface by electron beam deflection by the deflector, the correction magnetic lens, and the objective lens. An image display device that scans two-dimensionally at a time, detects the intensity of an electron beam secondary generated from the sample in synchronization with the scanning of the electron beam, modulates brightness, and displays a scanning electron microscope image. An electron microscope apparatus characterized in that:
子線を収束させるための収束レンズと、該収束レンズを
経た電子線を偏向するための偏向器と、該偏向器により
偏向された電子線を試料上に結像させるための対物レン
ズとを用いて、該試料上に電子線を走査し、該試料から
2次的に発生する電子線を検出して2次元走査電子顕微
鏡画像を取得するようにした電子顕微鏡装置において、
前記対物レンズの電子線源側に、前記対物レンズの励磁
方向とは逆の方向の励磁磁界レンズを設けてなることを
特徴とする電子顕微鏡装置。14. An electron beam source, a converging lens for converging an electron beam generated from the electron beam source, a deflector for deflecting the electron beam passing through the converging lens, and a deflector for deflected by the deflector. Using an objective lens for forming an image of the electron beam on the sample, the electron beam is scanned over the sample, and an electron beam generated secondarily from the sample is detected to obtain a two-dimensional scanning electron microscope image. In an electron microscope apparatus configured to acquire
An electron microscope apparatus, comprising: an exciting magnetic field lens provided in a direction opposite to an exciting direction of the objective lens on an electron beam source side of the objective lens.
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