JP2000156189A - 電子ビ―ム装置および電子ビ―ムの軸ずれ検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 試料に電子ビームを照射する電子ビーム装置
に関し、特に電子ビームの軸ずれを検出することができ
る電子ビーム装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 電子ビームを試料面上に照射する照射手
段１と、照射手段１と試料との間に配置され、第１の開
口２ａが設けられた第１のマスク２と、第２の開口３ａ
が設けられた第２のマスク３と、照射手段１と第１のマ
スク２との間に配置され、照射手段１から照射される電
子ビームを偏向する偏向手段４と、偏向手段４によって
電子ビームが第１の開口２ａを走査する際に、該第１の
マスク２を介して制限された電子ビームのうち、第２の
マスク３に照射される電子ビームの電子を検出する電子
検出手段５と、電子検出手段５により検出された電子の
出力分布に基づいて、照射手段１のビーム軸と２つの開
口の中心を通る基準軸との軸ずれを検出する軸ずれ検出
手段６とを備えて構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、試料に電子ビーム
を照射する電子ビーム装置に関し、特に電子ビームの軸
ずれを検出することができる電子ビーム装置および電子
ビームの軸ずれ検出方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】電子銃から出射される電子ビームを、偏
向器や電子レンズを介して試料面上に照射する電子ビー
ム装置が公知である。この電子ビーム装置を利用した装
置として、例えば、電子ビームをスポット状に集束させ
て走査させ、試料面上を観察する走査型電子顕微鏡や、
半導体ウェーハ上にデバイスパターンを直接描画する電
子ビーム描画装置などがある。

【０００３】ところで、このような電子ビーム装置で
は、偏向器や電子レンズの中心位置に電子ビームを正確
に通過させなければならない。通常、偏向器の偏向磁場
は、偏向器の中心位置から外れると不均一になるため、
電子ビームが偏向器の中心から外れた位置で偏向される
と、収差によってビームの照射位置にずれが発生した。
また、電子ビームが電子レンズの中心位置から外れてレ
ンズ作用を受けると、レンズの球面収差によって同じよ
うにビームの照射位置にずれが発生した。

【０００４】したがって、電子ビームが、偏向器や電子
レンズの中心位置を正確に通過するように、電子銃、偏
向器および電子レンズは、厳密な精度で取り付けられて
いる。しかしながら、装置の経年変化等によって、電子
銃と偏向器や電子レンズとに相対的な配置ずれが発生す
ると、電子ビームの軸が、偏向器や電子レンズの中心位
置から大きく外れてしまう。そこで、随時、電子ビーム
の軸合わせ調整が必要となる。

【０００５】例えば、特開昭６１−２９４７４５号公報
では、アパーチャの中心位置に、ビーム軸を合わせるこ
とができる荷電ビーム装置を提案している。この装置を
図２４〜図２７を参照して説明する。図２４において、
電子銃７１から出射される電子ビームの軸上には、軸合
わせ機構７２、副偏向コイル７３、主偏向コイル７４、
対物レンズ７５が配置されている。通常、電子ビーム
は、副偏向コイル７３、主偏向コイル７４、対物レンズ
７５の中心位置を通過するように設計されている。

【０００６】しかしながら、前述したように電子ビーム
の軸が副偏向コイル７３等の中心位置から外れる場合が
あるため、軸合わせ機構７２によってビームの軸合わせ
を行う。図２５（１）に示すように、軸合わせ機構７２
は、電子銃７１のビーム軸上に、軸合わせ用偏向コイル
７８、反射電子検出器７９、アパーチャマスク８０が配
置されて構成されている。アパーチャマスク８０は、そ
の中心を、後段の副偏向コイル７３、主偏向コイル７４
および対物レンズ７５の中心と同軸上に位置して配置さ
れる。

【０００７】図２５（２）に示すように、軸合わせ用偏
向コイル７８は、まず、電子ビームをＸ方向に振る。ア
パーチャマスク８０に電子ビームが照射されると、その
照射箇所からは反射電子が発生し、反射電子検出器７９
によって検出される。一方、アパーチャマスク８０の開
口に電子ビームが照射されると、電子ビームは開口を通
過してしまうため、反射電子は検出されない。したがっ
て、アパーチャマスク８０の開口の縁部分（図中Ａ、
Ｂ）に電子ビームが照射されると、立ち上がりと立ち下
がりのエッジ信号が検出される。

【０００８】不図示のＣＰＵは、検出されたエッジ信号
に基づいてＡ、Ｂの座標を算出し、さらに、このＡ、Ｂ
の中点Ｃの座標を算出する。次に、軸合わせ用偏向コイ
ル７８は、Ｃを通過するようにＹ方向に電子ビームを振
る。そして、ＣＰＵは、検出されたエッジ信号に基づい
て、開口の縁部分（Ｄ、Ｅ）の座標を求め、その座標か
ら中点Ｆの座標を算出する。このＦがアパーチャマスク
８０の中心位置となる。

【０００９】以上のようにしてアパーチャマスク８０の
中心位置を求め、この位置に電子ビームを照射すること
で、図２６に示すように、電子ビームの軸をアパーチャ
マスク８０の中心位置と、その後段の副偏向コイル７
３、主偏向コイル７４および対物レンズ７５の中心位置
とに合わせることができる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の公知
例では、ビーム入射位置をアパーチャの中心位置に合わ
せることは可能であっても、入射角のずれを検出して補
正することはできなかった。すなわち、図２７に示すよ
うに電子銃７１の設置角度にずれがある場合には、アパ
ーチャマスク８０に入射する際のビームの入射角にずれ
が発生する。

【００１１】この場合においても、軸合わせ用偏向コイ
ル７８によってビームを振ることで、アパーチャマスク
８０の中心位置を検出し、中心位置に電子ビームを入射
させることは可能である。しかしながら、入射角がずれ
ているため、後段の副偏向コイル７３、主偏向コイル７
４および対物レンズ７５に関しては、電子ビームが各々
中心位置から外れて入射してしまい、偏向制御、レンズ
制御を行う際に、収差が発生してしまう。

【００１２】したがって、電子ビームの軸合わせは、入
射位置をただ単にアパーチャマスク８０の中心位置に合
わせるだけでなく、その際の入射角についても考慮しな
ければならなかった。そこで、請求項１〜３に記載の発
明は、上述の問題点を解決するために、ビームの入射位
置だけでなく、ビームの入射角も含めた軸ずれを検出す
ることができる電子ビーム装置を提供することを目的と
する。

【００１３】また、請求項４，５に記載の発明は、ビー
ム軸をウィーンフィルタの中心軸に合わせることができ
る電子ビーム装置を提供することを目的とする。また、
請求項６に記載の発明は、ビーム入射角のずれおよび入
射位置のずれの双方を補正することができる電子ビーム
装置を提供することを目的とする。また、請求項７に記
載の発明は、電子ビームの入射角のずれを含めた軸ずれ
を検出することが可能な軸ずれ検出方法を提供すること
を目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】図１は、請求項１に記載
の発明の原理ブロック図である。請求項１に記載の電子
ビーム装置は、電子ビームを試料面上に照射する照射手
段１と、前記照射手段１と前記試料との間に配置され、
前記電子ビームが通過する第１の開口２ａが設けられた
第１のマスク２と、前記第１の開口２ａを通過した電子
ビームが通過する第２の開口３ａが設けられた第２のマ
スク３と、前記照射手段１と前記第１のマスク２との間
に配置され、前記照射手段１から照射される電子ビーム
を偏向する偏向手段４と、前記偏向手段４によって前記
電子ビームが前記第１の開口２ａを走査する際に、該第
１のマスク２を介して制限された電子ビームのうち、前
記第２のマスク３に照射される電子ビームの電子を検出
する電子検出手段５と、前記電子検出手段５により検出
された電子の出力分布に基づいて、前記照射手段１のビ
ーム軸と前記２つの開口の中心を通る基準軸との軸ずれ
を検出する軸ずれ検出手段６とを備えて構成される。

【００１５】本発明の電子ビーム装置では、例えば、図
１（Ａ）に示すように、偏向手段４によって、電子ビー
ムが第１の開口２ａを走査する。このとき、電子ビーム
は、第１のマスク２で制限されるため、第１の開口２ａ
を通過した電子ビームだけが、第２のマスク３に到達
し、第２のマスク３表面を走査することになる。そし
て、電子検出手段５は、第２のマスク３に照射される電
子ビームの電子を検出する。このとき、電子検出手段５
が行う電子の検出は、第２のマスク３に照射される電子
ビームの電子を直接検出するだけでなく、電子ビームが
照射される際に、第２のマスク３から発生する電子（二
次電子、反射電子等）を検出する間接的な検出も含まれ
る。

【００１６】次に、検出された電子の出力分布（具体的
には、第２のマスク３の走査画像に相当する）に基づい
て、基準軸との軸ずれを検出する。例えば、図１（Ｂ）
に示すように、電子ビームが斜めに入射すると、第２の
マスク３の右側に照射される電子ビームの領域が拡大
し、左側には電子ビームが照射されなくなる。また、図
１（Ｃ）に示すように、電子ビームの入射位置が右側に
ずれると、第２のマスク３の右側に照射される電子ビー
ムの領域は、一定のまま、あまり変わらないが、左側に
は電子ビームが照射されなくなる。

【００１７】このように第１のマスク２を介して制限さ
れた電子ビームが、第２のマスク３にどのように照射さ
れるかによって、ビーム軸の入射角ずれや入射位置ずれ
を検出することができる。図２は、請求項２に記載の発
明の原理ブロック図である。請求項２に記載の発明は、
請求項１に記載の電子ビーム装置において、前記第１の
マスク２は、前記電子検出手段５を兼用しており、前記
電子ビームの照射によって前記第２のマスク３から発生
する二次電子または反射電子の少なくとも一方の電子を
検出することを特徴とする。

【００１８】このような構成においては、電子ビームが
第２のマスク３に照射される際に、その照射箇所から発
生する二次電子、反射電子を、第１のマスク２によって
検出することができる。図３は、請求項３に記載の発明
の原理ブロック図である。請求項３に記載の発明は、請
求項１に記載の電子ビーム装置において、前記第２のマ
スク３は、前記電子検出手段５を兼用しており、直接照
射される電子ビームの電子を検出することを特徴とす
る。

【００１９】このような構成においては、第２のマスク
３は、第２のマスク３に直接照射される電子ビームの電
子を検出することができる。請求項４に記載の発明は、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の電子ビーム
装置において、前記電子ビームが試料面上に照射される
際に、その照射領域から発生する二次電子または反射電
子の少なくとも一方の電子からなる二次ビームを検出
し、照射領域の画像を生成する試料画像生成手段と、前
記第２のマスクと前記試料との間に、中心軸を前記基準
軸と同軸上に位置して配置され、前記電子ビームを試料
面上に垂直に照射させ、かつその照射領域から発生する
二次ビームを前記試料画像生成手段に導くウィーンフィ
ルタとを備えて構成される。

【００２０】このような構成においては、ウィーンフィ
ルタの中心軸に対して的確に電子ビームの軸合わせを行
うことができる。請求項５に記載の発明は、請求項１ま
たは請求項３に記載の電子ビーム装置において、前記電
子ビームが試料面上に照射される際に、その照射領域か
ら発生する二次電子または反射電子の少なくとも一方の
電子からなる二次ビームを検出し、照射領域の画像を生
成する試料画像生成手段と、前記第１のマスクと前記第
２のマスクとの間に、中心軸を前記基準軸と同軸上に位
置して配置され、前記電子ビームを試料面上に垂直に照
射させ、かつその照射領域から発生する二次ビームを前
記試料画像生成手段に導くウィーンフィルタとを備えて
構成される。

【００２１】このような構成においては、ウィーンフィ
ルタの中心軸および第２のマスクの中心に対して的確に
電子ビームの軸合わせを行うことができる。請求項６に
記載の発明は、請求項１から請求項５の何れか１項に記
載の電子ビーム装置において、前記偏向手段は、前記照
射手段のビーム軸を、前記基準軸に一致させることを特
徴とする。

【００２２】このような構成においては、軸ずれ検出手
段によって検出された軸ずれに従って、電子ビームの軸
合わせを行うことができる。請求項７に記載の発明は、
電子ビームを試料面上に照射する照射手段と、前記照射
手段と前記試料との間に配置され、前記電子ビームが通
過する第１の開口が設けられた第１のマスクと、前記第
１の開口を通過した電子ビームが通過する第２の開口が
設けられた第２のマスクとを備えた電子ビーム装置にお
ける電子ビームの軸ずれ検出方法であって、前記電子ビ
ームで、前記第１の開口を走査し、該第１のマスクを介
して制限された電子ビームのうち、前記第２のマスクに
照射される電子ビームの電子を検出し、検出された電子
の出力分布に基づいて、前記照射手段のビーム軸と前記
２つの開口の中心を通る基準軸との軸ずれを検出するこ
とを特徴とする。

【００２３】したがって、本発明の電子ビームの軸ずれ
検出方法では、第１のマスク２を介して制限された電子
ビームが、第２のマスク３に、どのように照射されるか
によって、基準軸とビーム軸との軸ずれを検出すること
ができる。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
形態を説明する。本実施形態では、電子ビーム装置とし
て、電子ビームを用いた検査装置を例に挙げて説明す
る。

【００２５】（第１の実施形態）図４は、第１の実施形
態の検査装置の全体構成図である。なお、第１の実施形
態は、請求項１、２、４、６、７に記載の発明に対応す
る。以下、本実施形態の構成について図面を参照して説
明する。図４において、検査装置は、一次コラム２１、
二次コラム２２およびチャンバー２３を有している。一
次コラム２１は、二次コラム２２の側面に斜めに取り付
けられており、二次コラム２２の下部に、チャンバー２
３が配置される。

【００２６】一次コラム２１の内部には、電子銃２４が
配置され、電子銃２４から照射される電子ビーム（一次
ビーム）の軸上に一次光学系２５および偏向器２６、２
７が配置される。チャンバー２３の内部には、ステージ
２９が設置され、ステージ２９上には試料３０が載置さ
れる。

【００２７】また、二次コラム２２の内部には、試料３
０から発生する二次ビームの軸上に、カソードレンズ３
１、ニューメニカルアパーチャ３２、ウィーンフィルタ
３３、第２レンズ３４、フィールドアパーチャ３５、第
３レンズ３６、第４レンズ３７および検出器３８が配置
される。なお、カソードレンズ３１、第２レンズ３４〜
第４レンズ３７は、二次光学系を構成している。

【００２８】一方、検出器３８は、ＭＣＰ（マイクロチ
ャネルプレート）３９と、蛍光面４０を有するＦＯＰ
（ファイバオプティックプレート）４１と、ＣＣＤセン
サ４２とから構成される。検出器３８は、画像処理ユニ
ット４３と接続され、画像処理ユニット４３は、ＣＰＵ
４４、ＣＲＴ４５と接続される。

【００２９】ＣＰＵ４４は、一次光学系制御ユニット４
６、二次光学系制御ユニット４７、偏向器制御ユニット
４８、ウィーンフィルタ制御ユニット４９およびステー
ジ制御ユニット５０と接続される。一次光学系制御ユニ
ット４６は、一次光学系２５のレンズ電圧を制御し、二
次光学系制御ユニット４７は、カソードレンズ３１およ
び第２レンズ３４〜第４レンズ３７の各レンズ電圧を制
御し、偏向器制御ユニット４８は、偏向器２６、２７に
供給する電流（または電圧）を制御し、ウィーンフィル
タ制御ユニット４９は、ウィーンフィルタ３３の電磁界
を制御し、ステージ制御ユニット５０は、ステージ２９
をＸＹ方向に駆動制御する。

【００３０】また、一次コラム２１、二次コラム２２、
チャンバー２３は、真空排気系（不図示）と繋がってお
り、真空排気系のターボポンプにより排気されて、内部
は真空状態を維持している。さらに、ウィーンフィルタ
３３のビーム入射口を覆うウィーンフィルタ筐体３３ａ
には、ビーム通し穴３３ｂが設けられており、その上部
には、開口５１ａを有するアパーチャ板５１が取り付け
られている。アパーチャ板５１は、電流計５２を介して
画像処理ユニット４３と接続される。

【００３１】なお、請求項１、２、４、６に記載の発明
と本実施形態との対応関係については、照射手段１は、
電子銃２４、一次光学系２５および一次光学系制御ユニ
ット４６に対応し、第１のマスク２は、アパーチャ板５
１に対応し、第２のマスク３は、ウィーンフィルタ筐体
３３ａに対応し、偏向手段４は、偏向器２６、２７およ
び偏向器制御ユニット４８に対応し、電子検出手段５
は、アパーチャ板５１および電流計５２に対応し、軸ず
れ検出手段６は、画像処理ユニット４３およびＣＰＵ４
４に対応し、第１の開口２ａは開口５１ａに対応し、第
２の開口３ａはビーム通し穴３３ｂに対応する。

【００３２】また、請求項５に記載の発明と本実施形態
との対応関係については、試料画像生成手段は、検出器
３８および画像処理ユニット４３に対応し、ウィーンフ
ィルタは、ウィーンフィルタ３３に対応する。次に、本
実施形態の検査装置における試料画像の取得動作につい
て図４〜図７を参照して説明する。

【００３３】図５は、一次ビームの軌道を示す図であ
る。図５において、電子銃２４から照射される一次ビー
ムは、電子銃２４の加速電圧よって加速され、視野絞り
２４ａでビーム量を制限されて、一次光学系２５に入射
する。電子銃２４の陰極として、ここでは矩形陰極で大
電流を取り出すことができるランタンヘキサボライト
（ＬａＢ₆）を用いる。

【００３４】また、一次光学系２５は、回転軸非対称の
四重極（または八重極）の静電レンズ（または電磁レン
ズでもよい）を使用する。このレンズは、いわゆるシリ
ンドリカルレンズと同様に、矩形陰極の長軸（Ｘ軸）、
短軸（Ｙ軸）各々で集束と発散とを引き起こすことがで
きる。図５では、矩形陰極のＸ方向断面に放出された電
子の軌道とＹ方向断面に放出された電子の軌道とを示し
ている。

【００３５】一次光学系２５における具体的なレンズ構
成は、図６に示すように、静電レンズを用いた場合、４
つの円柱ロッドを使用する。対向する電極同士を等電位
に設定し、互いに逆の電圧特性（ａとｂに＋Ｖｑ、ｃと
ｄに−Ｖｑ）を与える。このレンズを３段（図５の２５
ａ、２５ｂ、２５ｃ）で構成し、各レンズ条件を最適化
することによって、照射電子を損失することなく、試料
面上のビーム照射領域を、任意の矩形状、または楕円形
状に成形することができる。

【００３６】一次光学系２５により矩形状に成形された
一次ビームは、ウィーンフィルタ３３の中心軸に入射す
るように、偏向器２６、２７によって偏向される。一次
ビームは、開口５１ａおよびビーム通し穴３３ｂを通過
し、ウィーンフィルタ３３の中心軸に入射する。そし
て、ウィーンフィルタ３３の偏向作用により軌道が曲げ
られ、ニューメニカルアパーチャ３２の開口部で結像す
る。

【００３７】ウィーンフィルタ３３は、磁界と電界とを
直交させ、電界をＥ、磁界をＢ、荷電粒子の速度をｖと
した場合、Ｅ＝ｖＢのウィーン条件を満たす荷電粒子の
みを直進させ、それ以外の荷電粒子の軌道を曲げる偏向
装置である。また、ニューメニカルアパーチャ３２は、
開口絞りに相当するものでカソードレンズ３１の開口角
を決定する。その形状は、円形の穴が開いた金属製（Ｍ
ｏ等）の薄膜板であり、装置内に散乱する余計な電子ビ
ームが試料面に到達することを阻止し、試料３０のチャ
ージアップやコンタミネーションを防いでいる。

【００３８】ニューメニカルアパーチャ３２の開口部で
結像した一次ビームは、カソードレンズ３１を介して、
試料３０面上に垂直に照射される。試料面上に一次ビー
ムが照射されると、そのビーム照射領域からは、二次電
子または反射電子の少なくとも一方を含む二次ビームが
発生する。この二次ビームは、ビーム照射領域の二次元
画像情報を有していることになるが、特に、一次ビーム
が試料３０に垂直に照射されるので、二次ビームは影の
ない鮮明な像を有することができる。

【００３９】図７は、二次ビームの軌道を示す図であ
る。図７において、二次ビームは、カソードレンズ３１
によって集束作用を受ける。カソードレンズ３１は、通
常、２〜４枚の電極で構成されている。ここでは、３枚
の電極（３１ａ、３１ｂ、３１ｃ）の構成例を示す。通
常、レンズとして機能させるには、カソードレンズ３１
の下から１番目の電極３１ａ、２番目の電極３１ｂに電
圧を印加し、３番目の電極３１ｃをゼロ電位に設定する
ことで行う。

【００４０】ところで、ステージ２９には負の電圧（リ
ターディング電圧）が印加されており、電極３１ａ-試
料面間には、一次ビームに対しては負の電界、二次ビー
ムに対しては正の電界が形成されている。リターディン
グ電圧は、一次ビームに対しては、減速させて試料のチ
ャージアップや破壊を防ぎ、二次ビームに対しては、電
子（特に、指向性の低い二次電子）を引き込み、加速さ
せて、効率よくカソードレンズ３１内に導くように作用
する。

【００４１】カソードレンズ３１およびニューメニカル
アパーチャ３２を通過した二次ビームは、ウィーンフィ
ルタ３３の偏向作用を受けずに、そのまま直進する。こ
のとき、ウィーンフィルタ３３に印加する電磁界を変え
ることで、二次ビームから、特定のエネルギー帯を持つ
電子（例えば二次電子、または反射電子）のみを検出器
３８に導くことができる。

【００４２】また、ニューメニカルアパーチャ３２は、
二次ビームに対しては、後段の第２レンズ３４〜第４レ
ンズ３７のレンズ収差を抑える役割を果たしている。と
ころで、二次ビームを、カソードレンズ３１のみで結像
させると、レンズ作用が強くなり収差が発生しやすい。
そこで、第２レンズ３４と合わせて、１回の結像を行わ
せる。二次ビームは、カソードレンズ３１および第２レ
ンズ３４により、フィールドアパーチャ３５上で中間結
像を得る。

【００４３】また、後段には中間像を投影するためのレ
ンズが配置されるが、二次光学系として必要な投影倍率
を確保するため、第３レンズ３６、第４レンズ３７の２
つのレンズを加えた構成にする。二次ビームは、第３レ
ンズ３６、第４レンズ３７各々により結像し、ここで
は、合計３回結像する。なお、第３レンズ３６と第４レ
ンズ３７とを合わせて１回（合計２回）結像させてもよ
い。

【００４４】第２レンズ３４〜第４レンズ３７はすべ
て、ユニポテンシャルレンズまたはアインツェルレンズ
と呼ばれる回転軸対称型のレンズであり、各レンズは、
３枚の電極で構成されている。通常は外側の２電極をゼ
ロ電位とし、中央の電極に印加する電圧を変えることで
レンズ作用を制御する。また、中間の結像点には、フィ
ールドアパーチャ３５が配置されているが、このフィー
ルドアパーチャ３５は光学顕微鏡の視野絞りと同様に、
視野を必要範囲に制限している。特に電子ビームの場
合、余計なビームを、後段の第３レンズ３６および第４
レンズ３７と共に遮断して、検出器３８のチャージアッ
プやコンタミネーションを防いでいる。

【００４５】二次ビームは、第３レンズ３６と第４レン
ズ３７とによって集束発散を繰り返し、検出器３８の検
出面で再結像し、ビーム照射領域の像が検出面に投影さ
れる。図４に示すように、二次ビームは、検出器３８内
部のＭＣＰ３９に入射し、ＭＣＰ３９を通過する際に加
速増幅されて、蛍光面４０に衝突する。蛍光面４０で
は、二次ビームを光に変換し、投影される電子像を光学
像に変換する。光学像は、ＦＯＰ４１を通過して、ＣＣ
Ｄセンサ４２で撮像される。ここでは、蛍光面４０での
画像サイズとＣＣＤセンサ４２の撮像サイズとを合わせ
るために、ＦＯＰ４１で、約１／３に縮小して投影す
る。

【００４６】光学像は、ＣＣＤセンサ４２により光電変
換され、ＣＣＤセンサ４２に信号電荷が蓄積される。画
像処理ユニット４３は、ＣＰＵ４４の読み出し指示に従
ってＣＣＤセンサ４２から信号電荷を読み出して試料画
像を作成し、ＣＲＴ４５に試料画像を表示させる。この
ように本発明の検査装置では、試料面上に電子ビームを
照射し、ビーム照射領域の像を検出器３８の検出面に投
影して一括して試料画像を取得することができる。

【００４７】ところで本実施形態の検査装置では、一次
ビームがウィーンフィルタ３３に入射する際の入射角お
よび入射位置を高精度に軸合わせする必要があった。こ
れは、一次ビームが、ウィーンフィルタ３３の中心軸か
ら外れて入射すると、偏向の際に偏向歪みが発生し、試
料面上のビーム照射領域の電流密度が不均一になるから
である。もし、このまま二次光学系で投影すると、それ
が固定パターンノイズとなって撮像面に現れ、試料画像
の画質を著しく低下させることになる。

【００４８】また、一次ビームがウィーンフィルタ３３
の中心軸を通過しないと、二次ビームもウィーンフィル
タ３３の中心位置を通過しなくなるため、二次ビームに
関しても収差の影響を受けることになる。そこで、試料
画像の取得動作の前に、ウィーンフィルタ３３の中心軸
にビームが入射するように軸合わせを行う。

【００４９】以下、この軸合わせ動作について、図８〜
図１３を参照して説明する。図８は、アパーチャ板周辺
の拡大図である。ウィーンフィルタ筐体３３ａは、一次
光学系２５の光軸に直交するように配置されている。ま
た、前述したようにウィーンフィルタ筐体３３ａには、
一次ビームを通すためのビーム通し穴３３ｂが形成され
ている。

【００５０】ウィーンフィルタ筐体３３ａ上部には、ビ
ーム通し穴３３ｂを囲むように、金属製の円筒状の保持
部３３ｃが設置されている。その内壁には、セラミック
製の絶縁部３３ｄを介して、金属製で円板状のアパーチ
ャ板５１が、一次光学系２５の光軸と直交するように取
り付けられている。アパーチャ板５１には、ビーム通し
穴３３ｂより径の大きな開口５１ａが形成されている。
この開口５１ａと一次ビーム通し穴３３ｂとは、各々の
中心を同軸上に位置して配置されており、この軸が基準
軸（ウィーンフィルタ３３の中心軸）となる。

【００５１】以上の構成を用いてビームの入射角ずれお
よび入射位置ずれの補正を行う。ＣＰＵ４４は、一次光
学系制御ユニット４６を介して一次光学系２５のレンズ
電圧値を制御し、また二次光学系制御ユニット４７を介
してカソードレンズ３１のレンズ電圧値を制御し、一次
ビームを矩形ビームからビーム径を絞ったスポットビー
ムに成形する。

【００５２】このときの各レンズに印加する具体的な電
圧値（単位 kＶ）を以下の表に示す。但し、一次ビーム
のエネルギーは、４.８kｅＶとする。また、矩形ビーム
（実際には矩形よりも楕円形に近い）からスポットビー
ムに切り替える際には、リターディング電圧（単位 k
Ｖ）の変更と、視野絞り２４ａの視野絞り径の切り替え
が必要になる。この値も以下の表に示す。

【００５３】 矩形ビーム スポットビーム （１５００μｍ×２９２μｍ） （径５μｍ） レンズ２５ａ ±２.２ ±１.３ レンズ２５ｂ ±０.２３ ±０.２２ レンズ２５ｃ ±０.１７ ±０.１７ カソードレンズ３１ａ ＋１６ ＋１６ カソードレンズ３１ｂ −１.７ −４.５ リターディング電圧 −４ ０ 視野絞り径 １６０μｍ １０μｍ 偏向器２６、２７は、偏向器制御ユニット４８からの水
平走査信号および垂直走査信号に従って、スポットビー
ムを偏向制御し、スポットビームでアパーチャ板５１の
開口５１ａを繰り返し走査する。

【００５４】アパーチャ板５１には、正の電圧が印加さ
れているため、アパーチャ板５１表面に直接照射される
スポットビームの電子を取り込むことができる。また、
スポットビームが開口５１ａを通過して、ビーム通し穴
３３ｂの縁部分に照射されるとき、その照射箇所から発
生する電子（二次電子、反射電子の少なくとも一方の電
子）も取り込むことができる。

【００５５】電流計５２は、取り込まれた電子を電流信
号として検出する。画像処理ユニット４３は、水平走査
信号および垂直走査信号に同期して、電流信号をＡ／Ｄ
変換し、走査画像を生成する。図９は、スポットビーム
の走査画像を示す。走査画像は、ビーム通し穴３３ｂと
開口５１ａとを上から覗いた画像になる。領域Ａはアパ
ーチャ板５１を示し、領域Ｂはビーム通し穴３３ｂの縁
部分を示し、領域Ｃはビーム通し穴３３ｂを示してい
る。

【００５６】領域Ａは、アパーチャ板５１に直接照射さ
れるスポットビームを検出しているため高輝度の像にな
り、領域Ｂは、ビーム通し穴３３ｂの縁部分から発生す
る電子を検出しているため中輝度の像になり、領域Ｃ
は、スポットビームが開口５１ａとビーム通し穴３３ｂ
とを通過して電子が検出されないため低輝度の像にな
る。この走査画像を利用して入射角ずれ、入射位置ずれ
を検出し補正する。以下、この動作を詳細に説明する。

【００５７】図１０は、入射角ずれを説明する図であ
る。（１）は、ビーム軸が基準軸に一致しており、入射
角ずれがない状態を示している。このとき、領域Ｂは円
環状になっており、その幅である間隔Ｄは、Ｄ１の一定
値になる。（２）は、ビーム軸と基準軸とに角度ずれが
生じた状態を示している。ここでは、スポットビームの
入射角がずれて、一次ビーム通し穴３３ｂの左側に照射
されるスポットビームの領域が拡大している。

【００５８】（３）は、さらにビーム軸と基準軸とに大
きな角度ずれがある状態を示している。一次ビーム通し
穴３３ｂの左側に照射されるスポットビームの領域がさ
らに拡大し、右側にはアパーチャ板５１によってスポッ
トビームが遮断され、全く照射されなくなる。次に、入
射位置ずれについて図１１を参照して説明する。

【００５９】（１）は、ビーム軸が基準軸に一致してお
り、入射位置ずれがない状態を示している。このとき、
領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃの各中心は、中心Ｏで一致して
いる。（２）は、ビーム軸と基準軸とに位置ずれが生じ
た状態を示している。ここでは、スポットビームの入射
位置が左側に移動しており、領域Ｂ、領域Ｃの像が右側
に移動している。

【００６０】（３）は、さらにビーム軸と基準軸とに大
きな位置ずれがある状態を示している。領域Ｂ、領域Ｃ
の像がさらに右側に移動している。ところで、軸ずれ
は、実際には上記の入射角ずれと入射位置ずれとが同時
に発生している。その様子を図１２（１）に示す。この
状態で軸合わせを行う。まず、画像処理ユニット４３
は、図１２（１）に示した走査画像についてエッジ保存
平滑化フィルタによるフィルタリング処理を行い、ノイ
ズの低減を図る。次に、高域強調フィルタによってエッ
ジ・輪郭強調を行う。さらに、しきい値処理によってエ
ッジ箇所を２値化し細線化して、領域Ａと領域Ｂとの境
界線、領域Ｂと領域Ｃとの境界線、領域Ａと領域Ｃとの
境界線を抽出する。

【００６１】次に、ＣＰＵ４４は、抽出された境界線の
座標データを算出し、Ｘ方向の間隔Ｄを求める。ＣＰＵ
４４は、この間隔Ｄと図１０（１）で示したＤ１との差
分を算出してＸ方向の入射角ずれ量を求め、このずれ量
を補正するための補正偏向量を算出する。偏向器制御ユ
ニット４８は、補正偏向量に従って偏向器２６、２７を
制御してスポットビームをチルトさせ、Ｘ方向の入射角
ずれを補正する。図１２（２）にＸ方向の入射角ずれが
補正された走査画像を示す。

【００６２】次に、画像処理ユニット４３は、図１２
（２）に示した走査画像について、境界線抽出の画像処
理を実行する。ＣＰＵ４４は、Ｙ方向の間隔Ｄを算出
し、Ｄ１との差からＹ方向の入射角ずれ量を求め、補正
偏向量を算出する。偏向器制御ユニット４８は、補正偏
向量に従って偏向器２６、２７を制御してスポットビー
ムをチルトさせ、Ｙ方向の入射角ずれを補正する。

【００６３】ＣＰＵ４４は、Ｘ方向、Ｙ方向の間隔Ｄが
Ｄ１に一致するまで、入射角ずれの補正動作を繰り返
す。図１２（３）に入射角ずれが補正された走査画像を
示す。入射角ずれの補正が終了すると、次に入射位置ず
れの補正を行う。画像処理ユニット４３は、図１３
（１）に示す走査画像について、境界線抽出の画像処理
を実行する。ＣＰＵ４４は、領域Ａにおける中心Ｏの座
標と、領域Ｂおよび領域Ｃにおける中心Ｏ’の座標とを
算出する。

【００６４】ＣＰＵ４４は、中心Ｏの座標と中心Ｏ’の
座標から、Ｘ方向の入射位置ずれ量とＹ方向の入射位置
ずれ量とを求め、入射位置ずれを補正するための補正偏
向量を算出する。偏向器制御ユニット４８は、補正偏向
量に従って偏向器２６、２７を制御してスポットビーム
をＸ方向およびＹ方向にシフトさせ、入射位置ずれを補
正する。

【００６５】図１３（２）に入射位置ずれを補正した走
査画像を示す。領域Ａ、領域Ｂ、領域Ｃの各中心が、中
心Ｏで一致しており、入射位置ずれが補正されている。
これで軸合わせ動作が完了する。試料画像を取得する際
には、ＣＰＵ４４で算出された入射角ずれ補正偏向量と
入射位置ずれ補正偏向量とに基づいて、偏向器２６、２
７が、一次ビーム（矩形ビーム）をシフトおよびチルト
させることで、常に一次ビームをウィーンフィルタ３３
の中心軸に一致させて入射させることができる。

【００６６】このように本実施形態では、アパーチャ板
５１の開口５１ａを通過したビームが、ウィーンフィル
タ筐体３３ａにどのように照射されるかによって、基準
軸と、ビーム軸との軸ずれを検出している。したがっ
て、電子銃２４とウィーンフィルタ３３とに設置ずれが
生じて、ウィーンフィルタ３３に入射するビームの入射
角や入射位置にずれが発生しても、偏向器２６、２７に
よって一次ビームをチルト、シフトさせることにより、
一次ビームを常に中心軸に入射させることが可能とな
り、常時、ノイズのない鮮明な画像を取得することがで
きる。

【００６７】また、従来では、ビーム軸とウィーンフィ
ルタ３３の中心軸とを厳密に一致させる設計精度が要求
されたが、後からビーム軸を微調整することが可能とな
るため、設計の自由度が格段に向上する。なお、アパー
チャ板５１とウィーンフィルタ筐体３３ａとの双方で一
次ビームを検出して走査画像を各々取得し、取得した２
つの走査画像を重畳表示するようにしても良い。

【００６８】また、スポットビームではなく面状の一次
ビームを用い、この面状の一次ビームをアパーチャ板５
１またはウィーンフィルタ筐体３３ａに集光させる場合
でも同様に、上記の軸ずれ検出および軸合わせ動作を行
うことができる。 （第２の実施形態）次に、図１４、図１５を参照して、
第２の実施形態（請求項１、２、４、６、７に対応す
る）を説明する。

【００６９】第１の実施形態では、アパーチャ板５１お
よびウィーンフィルタ筐体３３ａを、一次光学系２５の
光軸に直交するように配置したが、光軸に対する配置角
度は、それに限定されるものではない。図１４、図１５
に示すように、アパーチャ板５１およびウィーンフィル
タ筐体３３ａに対して、ビームが斜め方向から入射する
ように配置してもよい。ただし、この場合においても、
開口５１ａの中心と一次ビーム通し穴３３ｂの中心は、
ウィーンフィルタ３３の中心軸上に位置する。

【００７０】なお、軸合わせ動作については、図９〜図
１３において説明したため、ここでの詳細は省略する
が、本実施形態では、スポットビームを斜め方向から照
射しているため、実際には領域Ｂ、Ｃは楕円形状にな
る。しかし、この角度が微小である場合には、正円と考
えて問題ない。 （第３の実施形態）第３の実施形態（請求項１、３、
４、６、７に記載の発明に対応する）は、アパーチャ板
５１周辺の別の構成例を示すものであり、その他の構成
要素については、第２の実施形態と同一であるため、こ
こでの説明は省略する。

【００７１】図１６は、第３の実施形態のアパーチャ板
周辺の拡大図である。図１６において、ウィーンフィル
タ筐体３３ａにはセラミック製の絶縁部３３ｅを介し
て、金属製で円板状の電子検出部５３がはめ込まれてい
る。この電子検出部５３には、一次ビーム通し穴３３ｂ
が斜めに形成されている。電子検出部５３上部には、ビ
ーム通し穴３３ｂを囲むように円筒状の保持部３３ｃが
設置されており、保持部３３ｃの内壁に絶縁部３３ｄを
介して、円板状のアパーチャ板５１が取り付けられてい
る。

【００７２】アパーチャ板５１には、ビーム通し穴３３
ｂより径の大きな開口５１ａが形成されている。この開
口５１ａと一次ビーム通し穴３３ｂとは、各々の中心を
同軸上に位置して配置されており、この軸が基準軸（ウ
ィーンフィルタ３３の中心軸）となっている。また、ア
パーチャ板５１は接地されており、電子検出部５３は、
電流計５２と接続されている。

【００７３】なお、本発明と本実施形態との対応関係に
ついては、第１の実施形態で述べた対応関係と併せて、
第２のマスク３は、電子検出部５３に対応し、電子検出
手段５は、電子検出手段５３および電流計５２に対応す
る。このような構成を用いて、ビームの入射角ずれおよ
び入射位置ずれの補正を行う。まず、スポットビームで
アパーチャ板５１を走査すると、その走査画像は、図１
７に示すような円環状になる。円環部分は、ビーム通し
穴３３ｂの縁部分の像で、電子検出部５３が、開口５１
ａを通過して縁部分に直接照射されるスポットビームを
検出している。

【００７４】円環外側は、アパーチャ板５１によってス
ポットビームが遮断されるため電子は検出されない。な
お、このとき、アパーチャ板５１はアースされているた
め、チャージアップは起きない。また、円環内側は、ス
ポットビームがビーム通し穴３３ｂを通過するため電子
は検出されない。次に、図１８を参照して入射角ずれに
ついて説明する。

【００７５】（１）は、ビーム軸が基準軸に一致してお
り、入射角ずれがない状態を示している。このとき、走
査画像は円環状になる。（２）は、ビーム軸と基準軸と
に角度ずれが生じた状態を示している。ここでは、スポ
ットビームの入射角がずれて、一次ビーム通し穴３３ｂ
の左側に照射されるスポットビームの領域が拡大してい
る。

【００７６】（３）は、さらにビーム軸と基準軸とに大
きな角度ずれがある状態を示している。一次ビーム通し
穴３３ｂの左側に照射されるスポットビームの領域がさ
らに拡大し、右側にはアパーチャ板５１によってスポッ
トビームが遮断され、全く照射されなくなる。次に、図
１９を参照して入射位置ずれについて説明する。

【００７７】（１）は、ビーム軸が基準軸に一致してお
り、入射位置ずれがない状態を示している。（２）は、
ビーム軸と基準軸とに位置ずれが生じた状態を示してい
る。ここでは、スポットビームの入射位置が左側に移動
しており、円環像が右側に移動している。

【００７８】（３）は、さらにビーム軸と基準軸とに大
きな位置ずれがある状態を示している。円環像がさらに
右側に移動している。なお、第３の実施形態における軸
ずれの検出・補正動作は、第１の実施形態と同様に、ま
ず入射角ずれを補正し、次に入射位置ずれを補正する。
しかし、その詳細については、既に説明しているためこ
こでは省略する。また、第３の実施形態の効果は、第１
の実施形態の効果と同一の効果を有する。

【００７９】また、別の実施形態としては、図２０に示
すように、電子検出部５３をアパーチャ板５１とウィー
ンフィルタ筐体３３ａとの間に設置してもよい。電子検
出部５３は、保持部３３ｃの内壁に絶縁部３３ｄを介し
て設けられており、その形状は金属製の円板で、中央に
開口５１ａよりも径の大きな開口５３ａが形成されてい
る。また、開口５１ａ、開口５３ａ、ビーム通し穴３３
ｂは、その中心を同軸上に位置して配置されており、こ
の軸が基準軸（ウィーンフィルタ３３の中心軸）とな
る。

【００８０】この構成において、スポットビームでアパ
ーチャ板５１を走査し、得られた走査画像を利用してビ
ームの軸合わせを行う。走査画像は、図２１に示すよう
な円環状になる。円環部分は、ビーム通し穴３３ｂの縁
部分の像を示している。スポットビームが、開口５１ａ
および開口５３ａを通過してビーム通し穴３３ｂの縁部
分に照射されるとき、その照射箇所から発生する二次電
子、反射電子を、電子検出部５３が検出する。また、円
環外側は、アパーチャ板５１によってスポットビームが
遮断されるため電子は検出されず、円環内側は、スポッ
トビームがビーム通し穴３３ｂを通過するため電子は検
出されない。

【００８１】なお、上述した全ての実施形態では、開口
５１ａの開口径は、ビーム通し穴３３ｂの開口径より大
きいが、それに限定されるものではない。例えば、開口
径が同じであっても入射角ずれ、入射位置ずれの検出は
可能である。また、開口５１ａの開口径が、ビーム通し
穴３３ｂの開口径より小さい場合であっても、精度は低
下するが入射角ずれの検出は可能である。

【００８２】また、第３の実施形態（図１６）における
アパーチャ板５１および電子検出部５３を、第１の実施
形態（図８）で示したように、一次光学系２５の光軸に
対して直交させるように配置してもよい。 （第４の実施形態）次に、図２２，図２３を参照して第
４の実施形態（請求項１、３、５〜７に対応する）を説
明する。

【００８３】第４の実施形態は、図２２に示されるよう
に、一次コラム２１内の偏向器２６，２７と二次コラム
２２内のウィーンフィルタ３３との間に、一次ビームを
通すための開口６０ａが形成されたＥ×Ｂ絞り６０を設
けたものである。このため、上述したビーム通し穴３３
ｂを有するウィーンフィルタ筐体３３ａと開口５１ａを
有するアパーチャ板５１と（図４，図１４参照）は省略
されている。

【００８４】Ｅ×Ｂ絞り６０は、ウィーンフィルタ３３
の中心に対して同軸基準を持つ絞りであり、開口６０ａ
の中心がウィーンフィルタ３３の中心軸上に位置する。
なお、開口６０ａ配置角度は、一次光学系２５の光軸に
対し、図２２のように直交する場合に限らず、斜めでも
良い。また、Ｅ×Ｂ絞り６０は、金属製であり、電流計
６１を介して画像処理ユニット４３と接続される。

【００８５】さらに、第４の実施形態では、ニューメニ
カルアパーチャ３２も、上記Ｅ×Ｂ絞り６０と同様、ウ
ィーンフィルタ３３の中心に対して同軸に配置されてお
り、その開口３２ａの中心がウィーンフィルタ３３の中
心軸上に位置する。そしてニューメニカルアパーチャ３
２は、電流計６２を介して画像処理ユニット４３に接続
される。

【００８６】なお、上記Ｅ×Ｂ絞り６０の開口６０ａと
ニューメニカルアパーチャ３２の開口３２ａとの大小関
係は、電子光学系の設計により決まるものであって、ど
ちらの径が大きくても径が同じであっても構わない。何
れにしても、後述するビームの入射角ずれおよび入射位
置ずれの検出および補正を行うことができる。

【００８７】第４の実施形態の他の構成は、上述した第
１〜第３の実施形態と同一であるため、ここでの説明は
省略する。図２２において、図４，図１４と同じ構成要
素には同じ符号を付している。ここで、請求項１、３、
５〜７と第４の実施形態との対応関係は、次のようにな
っている。請求項の「第１のマスク」は上記Ｅ×Ｂ絞り
６０に対応し、「第２のマスク」は上記ニューメニカル
アパーチャ３２に対応し、「電子検出手段」は上記ニュ
ーメニカルアパーチャ３２および電流計６２に対応し、
「第１の開口」は上記開口６０ａに対応し、「第２の開
口」は上記開口３２ａに対応する。

【００８８】その他、請求項の「照射手段」、「偏向手
段」、「軸ずれ検出手段」、「試料画像生成手段」、お
よび「ウィーンフィルタ」と第４の実施形態との対応関
係は、上述した第１の実施形態と同様である。以上の構
成を用いて、一次ビームがウィーンフィルタ３３に入射
する際の入射角ずれ，入射位置ずれの検出および補正を
行う。

【００８９】第４の実施形態では、入射角ずれ，入射位
置ずれの検出および補正に当たり、面状の一次ビーム
（例えば矩形ビーム）を用いる。そして、この面状の一
次ビームは、一次光学系２５の制御により、Ｅ×Ｂ絞り
６０またはニューメニカルアパーチャ３２に集光され
る。まず、面状の一次ビームをＥ×Ｂ絞り６０に集光さ
せた状態で、偏向器２６，２７を制御し、Ｅ×Ｂ絞り６
０の開口６０ａを繰り返し走査する。

【００９０】Ｅ×Ｂ絞り６０には、正の電圧が印加され
ているため、Ｅ×Ｂ絞り６０の表面に直接照射されるビ
ームの電子を取り込むことができる。電流計６１は、取
り込まれた電子を電流信号（吸収電流強度）として検出
する。画像処理ユニット４３は、電流信号に基づいて、
Ｅ×Ｂ絞り６０の走査画像を生成する。次に、面状の一
次ビームをニューメニカルアパーチャ３２に集光させた
状態で、偏向器２６，２７を制御して、ニューメニカル
アパーチャ３２の開口３２ａを繰り返し走査する。

【００９１】ニューメニカルアパーチャ３２にも、正の
電圧が印加されているため、ニューメニカルアパーチャ
３２の表面に直接照射されるビーム（Ｅ×Ｂ絞り６０の
開口６０ａで制限されたビーム）の電子を取り込むこと
ができる。電流計６２は、取り込まれた電子を電流信号
（吸収電流強度）として検出する。画像処理ユニット４
３は、電流信号に基づいて、ニューメニカルアパーチャ
３２の走査画像を生成する。

【００９２】こうして得られたＥ×Ｂ絞り６０の走査画
像とニューメニカルアパーチャ３２の走査画像とは、画
像処理ユニット４３内のフレームメモリ上で適当なサイ
ズとなるように拡大・縮小され、さらに重畳処理され
て、ＣＲＴ４５に表示される。２つの走査画像には適当
に輝度差を付け、重畳表示で区別が付きやすいようにし
ておくことが好ましい。

【００９３】図２３（１）〜（３）は、２つの走査画像
を重畳表示した例を示すものである。各図において、Ｅ
×Ｂ絞り６０の走査画像（領域Ａ）には、開口６０ａの
像が示されている。そして開口６０ａの像の内側に、ニ
ューメニカルアパーチャ３２の走査画像（領域Ｂ）と、
開口３２ａの像とが表示されている。ちなみに開口３２
ａの像の内側（領域Ｃ）は、ビームが２つの開口６０
ａ，３２ａを通過した領域に相当する。

【００９４】さて図２３（１）は、一次ビームに入射角
ずれと入射位置ずれとが同時に発生している場合の走査
画像である。この走査画像を利用して、一次ビームの入
射角ずれと入射位置ずれとを検出し補正する動作（軸合
わせ動作）については、すでに詳細な説明を行ったの
で、ここでは簡単に説明する。

【００９５】まず、開口６０ａの像の中心座標と開口３
２ａの像の中心座標とのずれに基づいて入射角ずれを検
出し、この入射角ずれに基づいて偏向器２６，２７を調
整して一次ビームをティルトさせる（ティルトアライメ
ント）。その結果、入射角ずれが補正され、図２３
（２）に示されるように、開口６０ａの中心と開口３２
ａの中心とが一致した走査画像が得られる。

【００９６】次いで、開口６０ａ（または開口３２ａ）
の像の中心座標と画面の中心Ｏとのずれに基づいて入射
位置ずれを検出し、この入射位置ずれに基づいて偏向器
２６，２７を調整して一次ビームをシフトさせる（シフ
トアライメント）。その結果、入射位置ずれが補正さ
れ、図２３（３）に示されるように、開口６０ａの中心
と開口３２ａの中心とが画面の中心Ｏで一致した走査画
像が得られる。これで軸合わせ動作が終了する。

【００９７】このとき、一次ビームをウィーンフィルタ
３３の中心軸に沿って入射させることができる。上記の
軸合わせ動作に用いたニューメニカルアパーチャ３２
は、その開口３２ａの中心が、二次光学系（カソードレ
ンズ３１，第２レンズ３４〜第４レンズ３７）の軸上に
位置するように配置されている。このため、ウィーンフ
ィルタ３３の中心軸に沿って入射する一次ビームは、二
次光学系の軸上にアライメントされたことになる。

【００９８】このように第４の実施形態によれば、Ｅ×
Ｂ絞り６０の走査画像とニューメニカルアパーチャ３２
の走査画像とをＣＲＴ４５に重畳表示するので、一次ビ
ームを二次光学系の軸上にアライメントする際、Ｅ×Ｂ
絞り６０に対するアライメントとニューメニカルアパー
チャ３２に対するアライメントとのそれぞれ単独での調
整を交互に繰り返し、アライメント許容範囲内で両者を
満足する条件を出すといった面倒で煩雑な作業が不要と
なる。

【００９９】さらに、コラムの機械精度が完全でないこ
とや、電子ビームのような荷電粒子ビーム光学系に付き
物のビーム経路近傍の汚れなどによるチャージアップ
で、電子ビームが微少な偏向を受ける結果、上記の両者
を満足する条件出しが困難な場合でも、迅速かつ高精度
に、一次ビームを二次光学系の軸上にアライメントする
ことができる。

【０１００】したがって、二次光学系の軸上への一次ビ
ームのアライメント状況を頻繁に確認して調整すること
ができ、装置の性能を高く維持することに繋がる。ま
た、検査効率も向上する。なお、上記した第４の実施形
態では、Ｅ×Ｂ絞り６０およびニューメニカルアパーチ
ャ３２の各々に一次ビームを集光させて、交互に走査画
像を取得する例を説明したが、本発明はこの構成に限定
されない。

【０１０１】アライメントに十分な品質の画像が得られ
るならば、一次光学系２５の設定を固定し、一次ビーム
をニューメニカルアパーチャ３２に集光させた状態を維
持したまま、ニューメニカルアパーチャ３２の走査画像
を取得すると同時に、Ｅ×Ｂ絞り６０の走査画像を取得
することができる。ただし、この場合に取得されるＥ×
Ｂ絞り６０の走査画像は、多少焦点ずれしたものとな
る。

【０１０２】また、一次ビームの軌道上に他の光学系
（偏向器）を配置することにより、一次ビームをＥ×Ｂ
絞り６０とニューメニカルアパーチャ３２との双方に集
光させることもできる。この場合には、焦点の合致した
２つの走査画像を同時に取得することができる。このよ
うに、Ｅ×Ｂ絞り６０の走査画像とニューメニカルアパ
ーチャ３２の走査画像とを同時に取得することにより、
アライメント作業に要する時間をさらに短縮することが
できる。

【０１０３】さらに、上記した第４の実施形態では、Ｅ
×Ｂ絞り６０の走査画像とニューメニカルアパーチャ３
２の走査画像とを重畳表示することにより、一次ビーム
を二次光学系の軸上にアライメントする例を説明した
が、ニューメニカルアパーチャ３２の走査画像のみを表
示する場合であっても、精度は低下するが同様のアライ
メントを行うことができる。ニューメニカルアパーチャ
３２の走査画像は、Ｅ×Ｂ絞り６０を介して制限された
一次ビームのうち、ニューメニカルアパーチャ３２に照
射される一次ビームに基づいて生成されるためである。

【０１０４】また、上記した第４の実施形態では、面状
の一次ビームを用いてアライメントする例を説明した
が、上述した第１〜第３の実施形態のように、スポット
ビームを用いても同様にアライメントを行うことができ
る。さらに、上記した第４の実施形態では、アライメン
トする前に、ニューメニカルアパーチャ３２の開口３２
ａの中心がウィーンフィルタ３３の中心軸上に位置して
いる場合を例に説明したが、ニューメニカルアパーチャ
３２の開口３２ａの中心がウィーンフィルタ３３の中心
軸からずれている場合には、上記した第１〜第３の実施
形態を用いて一次ビームをウィーンフィルタ３３の中心
軸に合わせた後、第４の実施形態を用いてアライメント
することにより、一次ビームをニューメニカルアパーチ
ャ３２の開口３２ａの中心に合わせることができる。

【０１０５】さらに、上記した第１〜第４の実施形態で
は、画像処理ユニット４８による画像処理によって軸ず
れを検出し自動補正する例を説明したが、操作者がＣＲ
Ｔ４５に表示された走査画像を見ながら手動で偏向器２
６，２７を調節することにより一次ビームをティルト、
シフトさせても、アライメントは可能である。また、上
記した第１〜第４の実施形態では、一次ビームの入射角
ずれおよび入射位置ずれを偏向器２６，２７で補正する
例を説明したが、電子銃７１の位置調整や電子銃７１の
ガンアライナで補正することもできる。

【０１０６】さらに、偏向器２６，２７は、スキャン駆
動、シフトアライメント駆動、ティルトアライメント駆
動のために独立した偏向器としても、２つ以上の機能を
兼用する構成でも良い。

【０１０７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載の
電子ビーム装置では、第１のマスクを介して制限された
電子ビームが、第２のマスクにどのように照射されるか
によって、ビーム軸の入射角ずれや入射位置ずれを検出
することができる。

【０１０８】請求項２に記載の電子ビーム装置では、電
子ビームが第２のマスクに照射される際に、その照射箇
所から発生する二次電子、反射電子を、第１のマスクに
よって検出することができる。したがって、第１のマス
クは、電子検出手段を兼用しているため、構成要素を削
減することができ、装置の構成を簡素化することができ
る。

【０１０９】請求項３に記載の電子ビーム装置では、第
２のマスクが、直接照射される電子ビームの電子を検出
することができる。したがって、第２のマスクは、電子
検出手段を兼用しているため、構成要素を削減すること
ができ、装置の構成を簡素化することができる。請求項
４に記載の電子ビーム装置では、ウィーンフィルタの中
心軸に的確に電子ビームを軸合わせすることができる。

【０１１０】請求項５に記載の電子ビーム装置では、ウ
ィーンフィルタの中心軸および第２のマスクに的確に電
子ビームを軸合わせすることができる。請求項６に記載
の電子ビーム装置では、軸ずれ検出手段によって求めら
れた軸ずれに従って、偏向手段が電子ビームを偏向する
ことにより、ビーム軸を基準軸に的確に軸合わせするこ
とができる。このとき、入射角および入射位置の両方に
ついての軸合わせが可能になる。

【０１１１】請求項７に記載の電子ビームの軸合わせ方
法では、第１のマスクを介して制限された電子ビーム
が、第２のマスクにどのように照射されるかによって、
基準軸とビーム軸との軸ずれを検出することができる。
このように本発明を適用した電子ビーム装置では、電子
ビームの軸合わせを、入射角および入射位置の双方につ
いて行うことができるため、必ず電子ビームを偏向器や
電子レンズの中心位置に通過させることができ、偏向器
や電子レンズの収差を抑制することができる。また、経
年変化が起こっても後から軸合わせ調整することが可能
なため、長期の使用に耐える安定した電子ビーム装置を
実現することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】請求項１に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図２】請求項２に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図３】請求項３に記載の発明の原理ブロック図であ
る。

【図４】第１の実施形態の全体構成図である。

【図５】一次ビームの軌道を示す図である。

【図６】一次光学系の構成を示す図である。

【図７】二次ビームの軌道を示す図である。

【図８】アパーチャ板周辺の拡大図である。

【図９】スポットビームの走査画像を示す図である。

【図１０】入射角ずれを説明する図である。

【図１１】入射位置ずれを説明する図である。

【図１２】軸合わせ動作を説明する図（１）である。

【図１３】軸合わせ動作を説明する図（２）である。

【図１４】第２の実施形態の全体構成図である。

【図１５】第２の実施形態のアパーチャ板周辺の拡大図
である。

【図１６】第３の実施形態のアパーチャ板周辺の拡大図
である。

【図１７】スポットビームの走査画像を示す図である。

【図１８】入射角ずれを説明する図である。

【図１９】入射位置ずれを説明する図である。

【図２０】アパーチャ板周辺の別の構成を示す図であ
る。

【図２１】スポットビームの走査画像を示す図である。

【図２２】第４の実施形態の全体構成図である。

【図２３】走査画像を示す図である。

【図２４】従来の電子ビーム装置の構成図である。

【図２５】従来の軸合わせ動作を説明する図（１）であ
る。

【図２６】従来の軸合わせ動作を説明する図（２）であ
る。

【図２７】入射角にずれがあった場合を説明する図であ
る。

【符号の説明】

１ 照射手段 ２ 第１のマスク ３ 第２のマスク ４ 偏向手段 ５ 電子検出手段 ６ 軸ずれ検出手段 ２１ 一次コラム ２２ 二次コラム ２３ チャンバー ２４ 電子銃 ２５ 一次光学系 ２６、２７ 偏向器 ２９ ステージ ３０ 試料 ３１ カソードレンズ ３２ ニューメニカルアパーチャ ３３ ウィーンフィルタ ３３ａ ウィーンフィルタ筐体 ３３ｂ ビーム通し穴 ３３ｃ 保持部 ３３ｄ、３３ｅ 絶縁部 ３４ 第２レンズ ３５ フィールドアパーチャ ３６ 第３レンズ ３７ 第４レンズ ３８ 検出器 ３９ ＭＣＰ ４０ 蛍光面 ４１ ＦＯＰ ４２ ＣＣＤセンサ ４３ 画像処理ユニット ４４ ＣＰＵ ４５ ＣＲＴ ４６ 一次光学系制御ユニット ４７ 二次光学系制御ユニット ４８ 偏向器制御ユニット ４９ ウィーンフィルタ制御ユニット ５０ ステージ制御ユニット ５１ アパーチャ板 ５１ａ 開口 ５２，６１，６２ 電流計 ５３ 電子検出部 ６０ Ｅ×Ｂ絞り

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子ビームを試料面上に照射する照射手
   段と、 前記照射手段と前記試料との間に配置され、前記電子ビ
   ームが通過する第１の開口が設けられた第１のマスク
   と、 前記第１の開口を通過した電子ビームが通過する第２の
   開口が設けられた第２のマスクと、 前記照射手段と前記第１のマスクとの間に配置され、前
   記照射手段から照射される電子ビームを偏向する偏向手
   段と、 前記偏向手段によって前記電子ビームが前記第１の開口
   を走査する際に、該第１のマスクを介して制限された電
   子ビームのうち、前記第２のマスクに照射される電子ビ
   ームの電子を検出する電子検出手段と、 前記電子検出手段により検出された電子の出力分布に基
   づいて、前記照射手段のビーム軸と前記２つの開口の中
   心を通る基準軸との軸ずれを検出する軸ずれ検出手段と
   を備えたことを特徴とする電子ビーム装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記第１のマスクは、 前記電子検出手段を兼用しており、前記電子ビームの照
   射によって前記第２のマスクから発生する二次電子また
   は反射電子の少なくとも一方の電子を検出することを特
   徴とする電子ビーム装置。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の電子ビーム装置におい
   て、 前記第２のマスクは、 前記電子検出手段を兼用しており、直接照射される電子
   ビームの電子を検出することを特徴とする電子ビーム装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１から請求項３の何れか１項に記
   載の電子ビーム装置において、 前記電子ビームが試料面上に照射される際に、その照射
   領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも
   一方の電子からなる二次ビームを検出し、照射領域の画
   像を生成する試料画像生成手段と、 前記第２のマスクと前記試料との間に、中心軸を前記基
   準軸と同軸上に位置して配置され、前記電子ビームを試
   料面上に垂直に照射させ、かつその照射領域から発生す
   る二次ビームを前記試料画像生成手段に導くウィーンフ
   ィルタとを備えたことを特徴とする電子ビーム装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項３に記載の電子ビ
   ーム装置において、 前記電子ビームが試料面上に照射される際に、その照射
   領域から発生する二次電子または反射電子の少なくとも
   一方の電子からなる二次ビームを検出し、照射領域の画
   像を生成する試料画像生成手段と、 前記第１のマスクと前記第２のマスクとの間に、中心軸
   を前記基準軸と同軸上に位置して配置され、前記電子ビ
   ームを試料面上に垂直に照射させ、かつその照射領域か
   ら発生する二次ビームを前記試料画像生成手段に導くウ
   ィーンフィルタとを備えたことを特徴とする電子ビーム
   装置。
6. 【請求項６】 請求項１から請求項５の何れか１項に記
   載の電子ビーム装置において、 前記偏向手段は、前記照射手段のビーム軸を、前記基準
   軸に一致させることを特徴とする電子ビーム装置。
7. 【請求項７】 電子ビームを試料面上に照射する照射手
   段と、 前記照射手段と前記試料との間に配置され、前記電子ビ
   ームが通過する第１の開口が設けられた第１のマスク
   と、 前記第１の開口を通過した電子ビームが通過する第２の
   開口が設けられた第２のマスクとを備えた電子ビーム装
   置における電子ビームの軸ずれ検出方法であって、 前記電子ビームで、前記第１の開口を走査し、該第１の
   マスクを介して制限された電子ビームのうち、前記第２
   のマスクに照射される電子ビームの電子を検出し、検出
   された電子の出力分布に基づいて、前記照射手段のビー
   ム軸と前記２つの開口の中心を通る基準軸との軸ずれを
   検出することを特徴とする電子ビームの軸ずれ検出方
   法。