JP2001273861A - 荷電ビーム装置およびパターン傾斜観察方法 - Google Patents

荷電ビーム装置およびパターン傾斜観察方法

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JP2001273861A JP2000089909A JP2000089909A JP2001273861A JP 2001273861 A JP2001273861 A JP 2001273861A JP 2000089909 A JP2000089909 A JP 2000089909A JP 2000089909 A JP2000089909 A JP 2000089909A JP 2001273861 A JP2001273861 A JP 2001273861A
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Hideaki Abe
部 秀 昭 阿
Yuichiro Yamazaki
崎 裕一郎 山
Kazuyoshi Sugihara
原 和 佳 杉
Masahiro Inoue
上 雅 裕 井
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Topcon Corp
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Toshiba Corp
Topcon Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 インライン評価に適用可能で高速かつ高精度
の傾斜観察機能を有する荷電ビーム装置およびパターン
の傾斜観察方法を提供する。 【解決手段】 電子銃１２、コンデンサレンズ２２、走
査偏向器２６、対物レンズ２８、および２次電子検出器
８２を備える荷電ビーム装置１０において、対物レンズ
２８と試料Ｓとの間に設置された傾斜観察用偏向器３２
をさらに備え、試料面に入射る直前で荷電ビーム６を偏
向させ、試料Ｓに対して斜めに入射させる。荷電ビーム
６の偏向角度は傾斜観察用偏向器３２に入力される直流
成分により制御する。傾斜偏向による荷電ビーム６の照
射位置のずれは、傾斜観察用偏向器３２への入力値およ
び傾斜角度を走査偏向器２６の入力値にフィードバック
することにより観察位置を補正制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は荷電ビーム装置に関
し、特に荷電ビームによる観察・検査・計測に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体素子の製造過程には、ウェーハや
レチクルなどの基板上に形成されたパターンの寸法を測
定する工程が含まれる。パターン寸法の測定は、通常、
測長機能を備えた走査型電子顕微鏡である測長ＳＥＭ
（Scanning Electron Microscope）を用いてパターンの
トップダウン画像を取得し、このトップダウン画像にて
配線幅やホール径などを測定している。
【０００３】近年、このような２次元情報のみならず、
パターン側壁の形状などの３次元情報も実際の製造工程
において重要な評価項目となってきている。従来、パタ
ーンの３次元情報を得るために、主として断面ＳＥＭ、
観察ＳＥＭなどを用いていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、断面Ｓ
ＥＭは試料を微小片に破壊し、所定の治具に取付ける必
要があるため、加工に時間を要する。さらに、破壊検査
であることから製造工程にて評価するインライン評価に
は向いていない。
【０００５】一方、観察ＳＥＭは、走査型電子顕微鏡の
試料台を搬送機構ごとに傾斜することにより、電子ビー
ムを試料に対して斜めに入射させてパターンの３次元形
状を観察する装置である。観察ＳＥＭは試料を加工する
必要がないので、断面ＳＥＭに比べてインライン評価が
可能である。
【０００６】しかし、観察ＳＥＭは試料台およびステー
ジを機械的に傾斜させるため動作が遅く、また、上述し
た測長ＳＥＭとは別個の装置であるため、製造の工程数
が増加する懸念がある。この問題を解決するため、測長
ＳＥＭに傾斜ステージを搭載することが考えられるが、
試料台を傾斜させるためには複雑なステージ機構が必要
であるため、装置が大型化し、さらにはステージの位置
出し精度も低下するという問題があった。このため、測
長ＳＥＭへ傾斜ステージを搭載することは現状では困難
である。
【０００７】本発明は上記事情に鑑みてなされたもので
あり、その目的は、インラインでの評価に用いることが
できる高速かつ高精度の傾斜観察機能を有する荷電ビー
ム装置およびパターン傾斜観察方法を提供することにあ
る。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、以下の手段に
より上記課題の解決を図る。
【０００９】即ち、本発明の第１の態様によれば、荷電
ビームを生成し、検査対象である試料に照射する荷電ビ
ーム出射手段と、上記荷電ビームを集束するコンデンサ
レンズと、上記荷電ビームを偏向させて上記試料上で走
査する走査偏向器と、上記荷電ビームを上記試料面で結
像させる対物レンズと、上記対物レンズと上記試料との
間に設けられ、上記荷電ビームを偏向させ、ビーム軸と
の間で任意の傾斜角度を有するように上記荷電ビームを
試料に対して斜めに入射させる傾斜観察用偏向器と、上
記荷電ビームの照射により上記試料から発生した２次荷
電粒子もしくは反射荷電粒子または上記２次荷電粒子お
よび上記反射荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段と、
上記傾斜角度を制御する制御手段と、を備える荷電ビー
ム装置が提供される。
【００１０】上記制御手段は、上記荷電ビームが上記試
料に対して斜めに入射することにより発生する照射位置
のずれを補正する照射位置ずれ補正手段をさらに含むこ
とが望ましい。
【００１１】上記補正の対象となる上記照射位置ずれの
量は、上記荷電ビームを上記試料面に垂直に入射させた
場合の照射位置からの方向および距離を含む。
【００１２】上記照射位置ずれ補正手段は、上記傾斜角
度に基づいて上記照射位置ずれ量を算出する照射位置ず
れ量算出手段と、上記照射位置ずれ量算出手段の算出結
果に基づいて上記走査偏向器を制御して上記照射位置ず
れ量に応じた距離だけ上記照射位置ずれ量に応じた方向
へ上記荷電ビームの軌道をシフトする走査偏向制御手段
と、を有すると良い。
【００１３】また、本発明の第２の態様によれば、荷電
ビームを生成し、検査対象である試料に照射する荷電ビ
ーム出射手段と、上記荷電ビームを集束するコンデンサ
レンズと、上記荷電ビームを上記試料面で結像させる対
物レンズと、上記対物レンズと上記試料との間に設けら
れ、上記荷電ビームを偏向走査させるとともに、ビーム
軸との間で任意の傾斜角度を有するように上記荷電ビー
ムを試料に対して斜めに入射させる走査・傾斜観察兼用
偏向器と、上記荷電ビームの照射により上記試料から発
生した２次荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記２
次荷電粒子および上記反射荷電粒子を検出する荷電粒子
検出手段と、上記傾斜角度を制御する制御手段と、を備
える荷電ビーム装置が提供される。
【００１４】上記荷電ビーム装置によれば、上記走査・
傾斜観察兼用偏向器を備えるので、電子ビームの走査偏
向と傾斜観察偏向とを同時に制御することが可能にな
る。
【００１５】上記第２の態様の荷電ビーム装置は、上記
荷電ビームが上記試料に対して斜めに入射することによ
り発生する照射位置のずれ量を上記傾斜角度に基づいて
算出し、この算出結果に基づいて上記走査・傾斜観察兼
用偏向器を制御して上記照射位置ずれを補正する照射位
置ずれ補正手段をさらに含むことが望ましい。
【００１６】また、上述の荷電ビーム装置は、上記試料
を載置するとともに、上記荷電ビームのビーム軸にほぼ
垂直な平面内で移動可能なステージをさらに備え、上記
照射位置ずれ補正手段は、上記傾斜角度に基づいて上記
照射位置ずれ量を算出する照射位置ずれ量算出手段と、
算出された上記照射位置ずれ量に応じた方向へ上記照射
位置ずれ量に応じた距離だけ上記ステージを移動させる
ステージ制御手段を有することが好ましい。
【００１７】また、上記荷電ビーム装置は、上記荷電粒
子検出手段により検出された上記２次荷電粒子もしくは
上記反射荷電粒子または上記２次荷電粒子および上記反
射荷電粒子を画像データに変換する画像処理手段と、上
記画像データを荷電ビーム画像として表示する表示手段
とをさらに備え、上記照射位置ずれ補正手段は、上記傾
斜角度に基づいて上記照射位置ずれの量を算出する照射
位置ずれ量算出手段と、この算出結果に基づいて上記荷
電ビーム画像が上記表示手段において所望の位置に表示
されるように上記画像処理手段を制御する画像補正手段
と、を有することが好ましい。
【００１８】また、本発明の第３の態様によれば、荷電
ビームを生成し、検査対象である試料に照射する荷電ビ
ーム出射手段と、上記荷電ビームを集束するコンデンサ
レンズと、上記荷電ビームを上記試料面で結像させる対
物レンズと、上記対物レンズと上記試料との間に設けら
れ、上記荷電ビームを偏向走査させるとともに、ビーム
軸との間で任意の傾斜角度を有するように上記荷電ビー
ムを試料に対して斜めに入射させる走査・傾斜観察兼用
偏向器と、上記傾斜角度を制御する制御手段と、上記荷
電ビームが上記試料に対して斜めに入射することにより
発生する照射位置のずれの量を上記傾斜角度に基づいて
算出する照射位置ずれ量算出手段と、上記コンデンサレ
ンズと上記対物レンズとの間に配置され、上記照射位置
ずれ量算出手段の算出結果に応じた方向および距離だけ
上記荷電ビームの軌道をシフトして上記照射位置のずれ
を補正する補正偏向器と、上記荷電ビームの照射により
上記試料から発生した２次荷電粒子もしくは反射荷電粒
子または上記２次荷電粒子および上記反射荷電粒子を検
出する荷電粒子検出手段と、を備える荷電ビーム装置が
提供される。
【００１９】上記第１の態様および上記第２の態様にお
ける上記照射位置ずれ補正手段、または上記第３の態様
における荷電ビーム装置は、算出された上記照射位置ず
れ量に基づいて上記対物レンズを制御して上記走査偏向
制御手段によりシフトした上記荷電ビームの軌道が上記
対物レンズの中心を通過するように上記対物レンズを移
動させる対物レンズ補正制御手段をさらに有することが
好ましい。
【００２０】上記対物レンズ補正制御手段は、上記対物
レンズから発生する電磁場をシフトさせることにより上
記対物レンズを電磁気的に移動させると良い。
【００２１】また、上記荷電ビーム装置は、上記対物レ
ンズを支持する移動可能なレンズ支持体をさらに備え、
上記対物レンズ補正制御手段は、上記レンズ支持体を移
動させることにより上記対物レンズを機械的に移動させ
ることとしても良い。
【００２２】上述の荷電ビーム装置が備える上記制御手
段は、上記荷電ビームが上記傾斜観察用偏向器または上
記走査・傾斜観察用偏向器から出射する位置またはその
近傍領域で不均一な電界または磁界が発生するように、
上記傾斜観察用偏向器を制御することが望ましい。これ
により、上記傾斜観察用偏向器または上記走査・傾斜観
察用偏向器が上記荷電ビームを上記試料に入射する直前
で偏向して上記荷電ビームの軌道に上記傾斜角度を与え
るので、電子光学特性の低下を防止しながら、試料表面
の傾斜画像を取得することができる。
【００２３】上述した傾斜観察用偏向器または走査・傾
斜観察兼用偏向器は、静電型偏向器が望ましい。これに
より、高速でかつリニアリティに優れた傾斜観察が可能
になる。
【００２４】上記静電型偏向器は、上記対物レンズと上
記試料との間に設置され表面に金属膜が成膜された絶縁
部材を含み、この金属膜が上記静電型偏向器の電極をな
すことが望ましい。
【００２５】また、上述の荷電ビーム装置は、上記静電
偏向器に組み込まれ、上記静電偏向器から発生する電場
を上記対物レンズ内で遮断する遮断電極をさらに備える
と好適である。
【００２６】上記遮断電極により、上記対物レンズの下
極底面から上記荷電ビームが上記試料面に入射する直前
の領域に至るまで電界シールドが形成される。これによ
り、上記荷電ビームのレンズ収差等の電子光学特性の低
下を防止することができる。
【００２７】また、本発明の第４の態様によれば、電子
銃と、走査偏向器および対物レンズを含む電子光学系
と、パターンが形成された試料を載置するステージと、
荷電粒子検出器とを備える荷電ビーム装置を用いた傾斜
画像取得方法であって、上記電子銃から荷電ビームを出
射して上記試料に照射する照射工程と、上記走査偏向器
により上記荷電ビームを偏向して上記試料上で走査させ
る走査過程と、上記対物レンズにより上記荷電ビームを
上記試料面で結像させる結像工程と、上記荷電ビームが
上記電子光学系から出射する位置またはその近傍領域で
不均一な電場または磁場を形成し、集束された上記荷電
ビームがそのビーム軸との間で任意の傾斜角度を有する
ように上記電場または磁場により上記荷電ビームを偏向
させ、試料に対して斜めに入射させる傾斜入射工程と、
上記荷電ビームの照射により上記試料から発生した２次
荷電粒子もしくは反射荷電粒子または上記２次荷電粒子
および上記反射荷電粒子を検出する検出工程と、検出さ
れた上記２次荷電粒子もしくは上記反射荷電粒子または
上記２次荷電粒子および上記反射荷電粒子に基づいて上
記パターンの傾斜画像となる画像データを取得する画像
データ取得工程と、備える、パターン傾斜画像取得方法
が提供される。
【００２８】上記傾斜入射工程により、上記荷電ビーム
は、上記試料に入射する直前で偏向され上記傾斜角度を
もって上記試料に斜めに入射する。これにより、電子光
学特性の低下を防止しながら、試料表面に形成されたパ
ターンの傾斜画像を取得することができる。
【００２９】上記パターン傾斜画像取得方法は、上記荷
電ビームがそのビーム軸との間で上記傾斜角度をもって
偏向する領域から上記電子銃側の上記ビーム軌道内に上
記電場または磁場が進入することを防止する電磁遮蔽工
程をさらに備えると良い。
【００３０】また、上記パターン傾斜画像取得方法は、
上記荷電ビームが上記試料に対して斜めに入射すること
により発生する照射位置ずれの量を上記傾斜角度に基づ
いて算出する照射位置ずれ量算出工程をさらに含み、上
記走査工程は、照射位置ずれ量算出工程の算出結果に基
づいて、上記照射位置ずれ量に応じた距離だけ、上記照
射位置ずれ量に応じた方向へ上記荷電ビームの軌道をシ
フトする工程をさらに備えると良い。
【００３１】また、上記パターン傾斜画像取得方法は、
シフトされた上記荷電ビームが上記対物レンズの中心を
通過するように、上記荷電ビームの軌道のシフトに応じ
て、上記荷電ビームのビーム軸にほぼ垂直な平面内で上
記対物レンズを移動させる工程をさらに備えると良い。
【００３２】上記対物レンズの移動は、電磁気的な移動
でも機械的な移動でも良い。
【００３３】上記荷電ビーム装置の上記ステージは、上
記荷電ビームのビーム軸にほぼ垂直な平面内で移動可能
であり、上記パターン傾斜画像取得方法は、上記荷電ビ
ームが上記試料に対して斜めに入射することにより発生
する照射位置ずれの量を上記傾斜角度に基づいて算出す
る照射位置ずれ量算出工程と、照射位置ずれ量算出工程
の算出結果に基づいて、上記照射位置ずれ量に応じた距
離だけ、上記照射位置ずれ量に応じた方向へ上記ステー
ジを移動させる工程と、をさらに備えると良い。
【００３４】上記荷電ビーム装置は、上記画像データを
荷電ビーム画像として表示する表示器とをさらに備え、
上記パターン傾斜画像取得方法は、上記荷電ビームが上
記試料に対して斜めに入射することにより発生する照射
位置ずれの量を上記傾斜角度に基づいて算出する照射位
置ずれ量算出工程と、この算出結果に基づいて上記荷電
ビーム画像が上記表示器において所望の位置に表示され
るように上記画像データを補正する画像補正工程と、を
さらに備えることが好ましい。
【００３５】上記走査工程は、上記荷電ビームが上記電
子光学系から出射する位置またはその近傍領域で上記傾
斜入射工程と同時に処理されると好適である。
【００３６】また、上記パターン傾斜画像取得方法は、
上記荷電ビームが上記試料に対して斜めに入射すること
により発生する照射位置ずれの量を上記傾斜角度に基づ
いて算出する照射位置ずれ量算出工程と、上記照射位置
ずれ量算出工程の算出結果に基づいて、上記荷電ビーム
が上記電子光学系から出射する位置またはその近傍領域
で、上記照射位置ずれ量に応じた距離だけ上記照射位置
ずれ量に応じた方向へ上記荷電ビームの軌道をシフトす
る補正偏向工程と、をさらに備えると良い。
【００３７】さらに、上記パターン傾斜画像取得方法
は、上記荷電ビームが上記試料に対して斜めに入射する
ことにより発生する照射位置ずれの量を上記傾斜角度に
基づいて算出する照射位置ずれ量算出工程と、上記照射
位置ずれ量算出工程の算出結果に基づいて、上記電子光
学系内で上記対物レンズよりも上記電子銃に近接する領
域において上記照射位置ずれ量に応じた距離だけ上記照
射位置ずれ量に応じた方向へ上記荷電ビームの軌道をシ
フトする補正偏向工程と、をさらに備えると好適であ
る。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態のいく
つかについて図面を参照しながら説明する。なお、以下
の各図において同一の部分には同一の参照番号を付して
その説明を省略する。
【００３９】（１）第１の実施形態 図１は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第１の実施の
形態を示す概略図である。同図に示すように、本実施形
態の荷電ビーム装置１０の特徴は、対物レンズ２８と試
料Ｓとの間に傾斜観察用偏向器３２を備える点にある。
【００４０】まず、本実施形態の概略構成を説明する
と、図１に示す荷電ビーム装置１０は、電子銃部と電子
光学系とステージと２次電子画像取得部と制御部とを備
える。
【００４１】ステージ４２は、水平方向に移動可能な機
構を有し、その上面に試料Ｓを載置する。ステージ４２
は、任意の方向に移動可能な機構を有し、電源４３に接
続されて試料Ｓに任意の電圧を印加する。これにより、
試料Ｓの上方に減速電界が形成される。
【００４２】電子銃部は、電子銃１２と引出し電極１４
と加速電極１６とを含む。電子銃１２は、電圧の印加を
受けて電子を放出させる。引出し電極１４は、電圧の印
加によりこの放出電子を引出す。さらに、加速電極１６
は、加速電圧の印加により、引出された放出電子を加速
させ、電子ビーム６として電子光学系に入射させる。
【００４３】電子光学系は、コンデンサレンズ２２、走
査偏向器２６、対物レンズ２８、および本実施形態にお
いて特徴的な傾斜観察用偏向器３２を含む。
【００４４】コンデンサレンズ２２は、加速電極１６を
通過した電子ビーム６を集束し絞り２４を通過させる。
走査偏向器２６は、後述する走査偏向制御部５６から櫛
状信号ＡＣａ〜ＡＣｄを受けて、絞り２４を通過した電
子ビーム６を走査偏向する。対物レンズ２８は、走査さ
れた１次電子ビーム６を集束して試料Ｓの上面に結像さ
せる。対物レンズ２８と試料Ｓとの間には傾斜観察用偏
向器３２が設けられている。本実施形態において、傾斜
観察用偏向器３２は、静電型の偏向器である。傾斜観察
用偏向器３２の詳細な構成および動作については後述す
る。
【００４５】２次電子画像取得部は、２次電子検出器８
２と画像処理部８４とモニタ８６とを有する。
【００４６】電子ビーム６が試料Ｓに照射すると試料Ｓ
の表面から２次電子および反射電子（以下、２次電子等
という）が発生する。発生した２次電子等は試料Ｓと対
物レンズ２８との間に形成された減速電界によって加速
されながら対物レンズ２８の内部を通過した後に２次電
子検出器８２に引き込まれる。２次電子検出器８２に検
出された２次電子は、画像処理部８４により電気信号に
変換・増幅されてモニタ８６に供給され、モニタ８６
は、試料１２表面の状態を表す２次電子画像を表示す
る。
【００４７】制御部は、制御コンピュータ２と走査偏向
制御部５６と傾斜観察用偏向制御部６２とを備える。制
御コンピュータ２は、装置全体を一括して制御する。走
査偏向制御部５６は、走査偏向器２６に接続され、制御
コンピュータ２から供給される指令信号に基づいて上述
の櫛状信号ＡＣａ〜ＡＣｄを設定してそれぞれ走査偏向
器２６に供給する。また、傾斜観察用偏向制御部６２
は、傾斜観察用偏向器３２に接続され、制御コンピュー
タ２からの制御信号に基づいて傾斜観察用の直流電圧Ｄ
Ｃ１を設定し、傾斜観察用偏向器３２に印加する。
【００４８】図２は、傾斜観察用偏向器３２の概略図で
あり、（ａ）は底面図、（ｂ）は正面図である。荷電ビ
ーム装置１０においては、対物レンズ２８と試料Ｓとの
距離は一般的に非常に狭く数ｍｍ程度であり、本実施形
態においては２．５mmである。従って、傾斜観察用偏向
器３２は、小型かつ簡易な構成となっている。
【００４９】図２に示すように、傾斜観察用偏向器３２
は、本体１１２と、スリーブ１１６と、４つの電極１１
４とを備え、本実施形態において本体１１２とスリーブ
１１６の上面が対物レンズ２８の下極の下面に接するよ
うに取付けられている。
【００５０】本体１１２は、円環状の本体部１１２ａ
と、本体部１１２の下面周縁部に形成された４つの突起
部１１２ｂとを含み、本実施形態において本体部１１２
ａと突起部１１２ｂは絶縁材料で一体形成される。突起
部１１２ｂは、ビーム軸を中心に同心円をなすように本
体部１１２ａの外周縁から外側へ突出するように配置さ
れる。また、突起部１１２ｂの周面および底面にはそれ
ぞれ金メッキが施され、これが電極１１４を構成する。
各電極１１４は配線によりそれぞれの傾斜観察用偏向制
御部６２に接続され、電圧の印加を受けられるようにな
っている。
【００５１】電極１１４に印加される電圧は、数ｋＶの
値であるため、電極１１４と対物レンズ２８の下極との
間で放電が発生するおそれがある。本実施形態において
は、絶縁材料を用いて上述した構造を採用することより
十分な縁面距離（同図においてＤＥａ＋ＤＥｂ）を確保
している。
【００５２】スリーブ１１６は、本体１１２の内周面に
取付けられ、本体部１１２ａと中心を共通にする円筒形
状をなし、その底部は本体部１１２ａの底面から試料Ｓ
側に突出するように形成される。このような形状・配置
により、対物レンズ２８の下極底面から電子ビーム６が
試料面に入射する直前の領域まで電界シールドが形成さ
れる。これにより、電子ビーム６のレンズ収差等の電子
光学特性の低下を防止することができる。
【００５３】電子ビーム６の偏向角度および偏向方向
は、各傾斜観察用偏向制御部６２の設定値により制御す
る。即ち、本実施形態の傾斜観察用偏向器３２は、静電
型偏向器であるので、電極１１４に印加する直流電圧成
分で制御が可能となる。対向する２個の電極１１４にそ
れぞれ異なる直流電圧を印加すると、電極１１４間およ
び電極１１４の下側に不均一な電界が形成され、一方向
にのみ偏向角度を変えることにより、電子ビーム６を傾
斜させることが可能である。
【００５４】図３は、対向する２個の電極１１４に、そ
れぞれ０Ｖと＋３．０ｋＶを印加した条件で、数値計算
により算出した等電位線の一例である。対物レンズ２８
と試料Ｓとの間隔は２．５ｍｍ、試料Ｓへの入射電圧は
０．４ｋＶ、試料電圧は０Ｖである。同図から分るよう
に、３．０ｋＶを印加した電極１１４の周辺には電界が
形成され、スリーブ１１６の下側では、電界が電子ビー
ム６の軌道の方へ張り出している。このような不均一な
電界により、鉛直下向きの電子ビーム６はその軌道を曲
げられ、電圧を印加した電極１１４の方向に引き寄せら
れる。この結果、電子ビーム６は、対物レンズ２８で与
えられた力により集束しながら、試料Ｓに対して約２０
°の偏向角度をもって入射する。このように傾斜した電
子ビーム６の照射により、モニタ８６に映し出される２
次電子画像は、試料Ｓを２０°だけ傾斜させた画像とな
る。
【００５５】図４は、電極電圧を０Ｖから４ｋＶまで変
えたときの電子ビーム６の偏向角度を示している。同図
中、○印間を結ぶ線は試料電圧＝０Ｖ、△印間を結ぶ線
は試料電圧＝−２．６ｋＶ（電子ビーム６＝＋３．０ｋ
Ｖ）の場合の偏向角度を表す。同図から電極１１４に印
加する直流電圧により電子ビーム６の偏向角度が直線的
に変化していることがわかる。このことから、電極電
圧、電子ビーム６のエネルギーおよび、試料電圧が既知
であれば、偏向角度は計算または実験により求められる
ことがわかる。なお、同図から、減速電界の発生の有無
に関わらず、傾斜観察が可能であることも分る。
【００５６】図３および図４では、説明を簡略にするた
め、２個の対向する電極１１４について説明したが、４
個の電極１１４にそれぞれ異なる直流電圧を印加する
と、任意の方向について偏向角度を変えることができ
る。これにより、任意の傾斜画像を得ることができる。
試料Ｓの３次元情報を得る必要から傾斜観察用偏向器３
２には、走査偏向器２６の偏向角度（０．２°程度）と
比較して非常に大きな偏向角度（１°以上）が必要とな
る。なお、図１では紙面左側の電極１１４に印加される
電圧が０Ｖであるが、これに限ることなく、電極相互間
に電位差さえ発生すれば、電子ビーム６の軌道を曲げる
ことは可能である。
【００５７】図５は、図１に示す荷電ビーム装置１０を
用いて２次電子画像を取得するための手順を示すフロー
チャートである。同図中、ステップＳ１〜Ｓ７、Ｓ９、
およびＳ１０がパターン傾斜観察方法の手順を示す。
【００５８】まず、加速電圧や出射電流など、電子ビー
ム６の照射条件を設定し（ステップＳ１）、次に、走査
偏向器２６の制御値を設定する（ステップＳ２）。これ
らの設定は、制御コンピュータ２に設定値を入力するこ
とにより行う。
【００５９】傾斜画像を取得しない場合は（ステップＳ
３）、荷電ビーム装置１０は、従来通り、電子ビーム６
を走査偏向して試料Ｓに対して電子ビーム６を垂直に入
射させ（ステップＳ８）、これにより２次電子画像を取
得し（ステップＳ９）、トップダウン画像がモニタ８６
に出力される（ステップＳ１０）。
【００６０】傾斜画像を取得する場合は（ステップＳ
３）、観察する傾斜角度を制御コンピュータ２から入力
する（ステップＳ４）。これにより、制御コンピュータ
２は、入力された電子ビーム６照射条件や試料印加電圧
などから図示しない演算手段により目標傾斜角度に電子
ビーム６を傾斜する直流電圧を計算した後、傾斜観察用
偏向制御部６２へ制御信号を供給する（ステップＳ
５）。この制御信号に基づいて傾斜観察用偏向制御部６
２は、直流電圧の電圧値を設定して、この直流電圧が傾
斜観察用偏向器３２の静電電極１１４に印加される（ス
テップＳ６）。この結果、上述したとおり電子ビーム６
は対物レンズ２８の電界により走査偏向されながら、傾
斜観察用偏向器３２が形成する不均一な電界により偏向
されて、試料Ｓに対して斜めに入射する（ステップＳ
７）。その後は、電子ビーム６の入射により試料Ｓから
発生した２次電子等を２次電子検出器８２で取り込むこ
とにより２次電子画像を取得し（ステップＳ９）、モニ
タ８６に傾斜画像を表示させる（ステップＳ１０）。
【００６１】なお、図１に示す荷電ビーム装置１０の傾
斜観察用偏向器３２において、電極１１４の個数は用途
に応じて変更可能であり、傾斜方向が１方向のみで十分
である場合は電極１１４は最低１個で良く、また、任意
の方向からの傾斜画像が必要な場合は電極１１４は４個
以上必要となる。
【００６２】上述した第１の実施形態では、傾斜観察用
偏向器として、高速偏向とリニアリティに優れた静電偏
向器と電極を使用したが、磁界偏向器とコイルの組み合
わせでも電子ビーム６の軌道を曲げて傾斜観察できるこ
とは勿論である。
【００６３】（２）第２の実施形態 次に、本発明にかかる荷電ビーム装置の第２の実施の形
態について図面を参照しながら説明する。
【００６４】図６は、本実施形態の荷電ビーム装置２０
の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施
形態の特徴は、図１に示す構成に加え、傾斜観察用偏向
制御部６２および走査偏向制御部５６に接続された補正
偏向演算部６４をさらに備える点にある。その他の構成
は、図１の荷電ビーム装置１０の構成と実質的に同一で
ある。なお、同図においては詳細に記載していないが、
補正偏向演算部６４は、制御コンピュータ２に接続され
るとともに、全ての傾斜観察用偏向制御部６２および全
ての走査偏向制御部５６に接続されている。
【００６５】図１に示す荷電ビーム装置１０では、傾斜
観察用偏向器３２により電子ビーム６を偏向させるた
め、傾斜画像を得ることができるが、図４に示すよう
に、電子ビーム６の試料Ｓへの照射位置にズレＤＥＶが
生じる。図６に示す荷電ビーム装置２０では、補正偏向
演算部６４がこのような照射位置のずれ（以下、照射位
置ずれという）の量を算出し、走査偏向制御部５６を介
して走査偏向器２６を制御することにより照射位置ずれ
を補正する。本実施形態においては制御コンピュータ
２、補正偏向演算部６４および走査偏向器２６が照射位
置ずれ補正手段を構成する。
【００６６】図６に示す荷電ビーム装置２０が照射位置
を補正する手順は、次のとおりである。
【００６７】即ち、まず、制御コンピュータ２は、傾斜
観察用の制御信号を傾斜観察偏向制御部６２に供給する
とともに、偏向角度および電子ビーム６のエネルギーな
どのデータを補正偏向演算部６４へ供給する。また、傾
斜観察用偏向制御部６２は、第１の実施形態で前述した
とおり、制御コンピュータ２からの制御信号を受けて直
流電圧成分ＤＣ１を設定するとともに、この傾斜観察用
偏向器３２への入力信号を補正偏向演算部６４へ供給す
る。補正偏向演算部６４は、偏向角度、電子ビーム６の
エネルギーのデータおよび傾斜観察用偏向器３２への入
力信号をパラメータとして電子ビーム６の照射位置ずれ
量を算出し、この算出結果に基づいて照射位置ずれ補正
用の制御信号を走査偏向制御部５６へ供給し、走査偏向
制御部５６は、電子ビーム６の照射位置ずれ量が補正で
きる直流成分ＤＣ１ａ〜ＤＣ１ｄを設定する。傾斜観察
用偏向器３２の電極１１４へ直流電圧成分ＤＣ１が印加
されると同時に、走査偏向器２６ａ〜２６ｄには直流成
分ＥＣ１ａ〜ＥＣ１ｄが印加される。その結果、電子ビ
ーム６の軌道８は、照射位置ずれ量を補正する方向にシ
フトして、傾斜偏向による観察領域のズレを回避するこ
とができる。
【００６８】（３）第３の実施形態 次に、本発明にかかる荷電ビーム装置の第３の実施の形
態について図面を参照しながら説明する。
【００６９】図７は、本実施形態の荷電ビーム装置３０
の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施
形態の特徴は、図１に示す構成に加え、補正偏向演算部
６６および対物レンズ補正制御部６８をさらに備える点
にある。補正偏向演算部６６は、制御コンピュータ２に
接続されるとともに、走査偏向制御部５６、対物レンズ
補正制御部６８および傾斜観察用偏向制御部６２の全て
に接続される。その他の構成は、図１の荷電ビーム装置
１０の構成と実質的に同一である。
【００７０】図６に示す荷電ビーム装置２０の構成で
は、照射位置ずれ量が例えば数μｍと小さい場合は問題
ないが、ずれ量が例えば数１０μｍまで大きくなると、
対物レンズ２８の中心から電子ビーム６の軌道８が大き
く離れるため、電子光学特性が劣化してしまう。本実施
形態では、走査偏向器２６にて電子ビーム６の軌道８を
シフトさせるとともに、対物レンズ２８の中心を電子ビ
ーム６の軌道８のシフト後の位置にまでシフトすること
により、電子光学特性の劣化を防止する。
【００７１】図７に示す荷電ビーム装置３０が照射位置
ずれを補正する手順は、以下の通りである。
【００７２】即ち、まず、制御コンピュータ２は、偏向
角度および電子ビーム６のエネルギーのデータを傾斜観
察用偏向制御部６２と補正偏向演算部６６に供給する。
傾斜観察用偏向制御部１０は、傾斜観察用偏向器３２の
電極１１４への入力信号として直流電圧成分ＤＣ１を設
定し、この入力信号を補正偏向演算部６６に供給する。
補正偏向演算部６６は、これら偏向角度、電子ビーム６
のエネルギーのデータおよび傾斜観察用偏向器３２への
入力信号をパラメータとして電子ビーム６の照射位置の
ずれ量を算出し、この算出結果に基づいて照射位置ずれ
補正用の制御信号を走査偏向制御部５６と対物レンズ補
正制御部６８へ供給する。傾斜観察用偏向器に直流電圧
成分ＤＣ１が印加され、走査偏向器に直流電圧成分ＤＣ
１が印加されると同時に、対物レンズ補正制御部６８
は、対物レンズ２８の中心が電子ビーム６の補正位置へ
シフトするように対物レンズを制御し、これにより、レ
ンズ中心部と電子ビーム６の軌道８とを一致させる。
【００７３】このように、本実施形態によれば、走査偏
向器２６および対物レンズ２８の両方で照射位置ずれを
補正するので、電子ビーム６の傾斜角度が大きく観察位
置が大きく変化する場合でも電子光学特性を維持した状
態で傾斜画像を観察することが可能となる。
【００７４】（４）第４の実施の形態 次に、本発明にかかる荷電ビーム装置の第４の実施の形
態について図面を参照しながら説明する。
【００７５】図８は、本実施形態の荷電ビーム装置４０
の構成を示す概略図である。同図に示すように、本実施
形態の特徴は、ステージ４２を制御するステージ制御部
７２をさらに備え、電子ビーム６の照射位置のずれをス
テージ移動にて補正する点にある。荷電ビーム装置４０
のその他の構成は、図１の荷電ビーム装置１０の構成と
実質的に同一である。なお、本実施形態においては、制
御コンピュータ２が照射位置ずれ量算出手段をも構成す
る。
【００７６】図８に示す荷電ビーム装置４０が電子ビー
ム６の照射位置ずれを補正する手順は、次のとおりであ
る。
【００７７】まず、制御コンピュータ２は、傾斜観察用
偏向制御部６２への入力信号、偏向角度および電子ビー
ム６のエネルギーのデータをパラメータとして電子ビー
ム６の照射位置のずれ量を算出し、この算出結果に基づ
いて照射位置ずれ補正用の制御信号をステージ制御部７
２へ供給する。制御信号には、照射位置がずれる方向
と、垂直に電子ビーム６を照射した場合の本来の照射位
置から、傾斜した電子ビーム６が試料面に着地する位置
までの距離の情報とを含む。ステージ制御部７２は、こ
の制御信号に基づいて移動命令をステージ４２へ送り、
これによりステージ４２は、算出された方向へ算出され
た距離分だけ移動する。ステージ４２は、図８に示す矢
印のように、電子ビーム６の傾斜偏向前に観察していた
位置から試料Ｓを動かすことができるため、モニタに写
る傾斜画像には目標位置が表示される。
【００７８】このように、本実施形態によれば、ステー
ジの移動により照射位置のずれを補正するので、走査偏
向器２６や対物レンズ２８をはじめとする電子光学系に
は特に操作を加えていない。このため、電子光学特性の
劣化を懸念することなく、傾斜画像を観察することがで
きる。
【００７９】（５）第５の実施形態 図９は、本発明にかかる荷電ビーム装置の第５の実施の
形態を示す概略図である。同図に示す荷電ビーム装置５
０の特徴は、図１に示す構成に加えて画像処理制御部８
８を備え、電子ビーム６の照射位置のずれを画像処理に
て補正する点にある。また、電子ビーム装置５０のその
他の構成は、図１に示す荷電ビーム装置１０と実質的に
同一である。なお、本実施形態においても制御コンピュ
ータ２が照射位置ずれ量算出手段をも構成する。
【００８０】図に示す荷電ビーム装置５０が照射位置の
ずれを補正する手順について図１０を参照しながら説明
する。
【００８１】図１０（ａ）は、図５に示す手順により電
子ビーム６が試料面に対して斜めに入射する状態を示
す。同図に示す試料Ｓの上面略中央には２つの突起でな
るパターンが形成されている。従来の画像取得方法通り
に試料面に垂直に電子ビーム６を入射すれば、試料表面
のパターンは、モニタ８６の中央に映し出される。本実
施形態では、電子ビーム６が所定の傾斜角度をもって試
料Ｓに入射するので、その傾斜画像は、図１０（ｂ）に
示すように、モニタの画面中央から照射位置がずれる方
向と逆方向に照射位置のずれ量の分だけずれて出力され
る。
【００８２】制御コンピュータ２は、傾斜観察用偏向制
御部６２への入力信号、偏向角度および電子ビーム６の
エネルギーのデータをパラメータとして照射位置のずれ
量を算出し、算出結果を画像処理制御部８８に供給す
る。画像処理制御部８８は、この算出結果に基づいて画
像処理部８４に画像補正用の制御信号を供給し、画像処
理部８４は、図１０（ｃ）に示すように、照射位置ずれ
の分だけ余分に画像を取り込んだ上で同図（ｃ）の矢印
に示すように、ずれ量を補正した位置において再度画像
を取り込む。これにより、同図（ｄ）に示すように、ず
れ量が補正されて目標位置の傾斜画像が画面中央で観察
される。なお、画像処理による補正は、上記方法に限る
ことなく、例えば傾斜偏向によりずれた量だけ画像を切
り取り、通常よりも小さい領域を表示させることによっ
ても可能である。
【００８３】（６）第６の実施形態 次に、本発明にかかる荷電ビーム装置の第６の実施の形
態について説明する。
【００８４】図１１は、本実施形態の荷電ビーム装置６
０の構成を示す概略図である。図１との対比において明
らかなように、荷電ビーム装置６０は、コンデンサレン
ズ２２と対物レンズ２８との間に走査偏向器および走査
偏向制御部を備えることなく、対物レンズ２８と試料Ｓ
との間に配設された２段の傾斜観察用偏向器３３，３４
と傾斜観察用偏向制御部６３，６４を備える。傾斜観察
用偏向器３３，３４の構造は、上述した傾斜観察用偏向
器３２と実質的に同一である。荷電ビーム装置６０のそ
の他の構成は、図１に示す荷電ビーム装置１０と実質的
に同一である。
【００８５】本実施形態の特徴は、これら２段の傾斜観
察用偏向器により電子ビーム６の走査と傾斜偏向とを同
時に実現する点にある。以下、この点を詳述する。
【００８６】電子銃部で生成され、コンデンサレンズ２
２を通過した電子ビーム６は対物レンズ２８にて試料Ｓ
の上面で結像するように集束される。対物レンズ２８と
試料Ｓとの間に配設された傾斜観察用偏向器３３，３４
は傾斜観察用偏向制御部６３，６４にそれぞれ接続され
る。上段（対物レンズ側）の傾斜観察用偏向制御部６４
は、制御コンピュータ２の指令信号に基づいて、図１１
の波形図に示すように、走査用の交流電圧成分ＡＣｂ，
ＡＣｄを設定してこれを上段の傾斜観察用偏向器３４に
印加する。この一方、下段（試料側）の傾斜観察用偏向
制御部６３は、制御コンピュータ２からの指令信号に基
づいて、同図の波形図に示すように、走査用の交流電圧
成分ＡＣａ，ＡＣｃに傾斜用の直流成分ＤＣ１をそれぞ
れ追加した電圧を設定し、傾斜観察用偏向器３３へ印加
する。これにより、電子ビーム６の走査偏向と傾斜観察
偏向とを同時に制御することが可能になる。なお、この
とき、走査用の交流成分には対向する傾斜観察用偏向器
同士で互いに異なるレベルの信号を入力して偏向角度お
よび偏向方向を制御する。
【００８７】（７）第７の実施の形態 次に、本発明にかかる荷電ビーム装置の第７の実施の形
態について図面を参照しながら説明する。
【００８８】図１２は、本実施形態の荷電ビーム装置７
０を示す概略図である。図１１に示す荷電ビーム装置６
０との対比において明らかなように、荷電ビーム装置７
０は、対物レンズ２８の上方に設けられた２段の補正偏
向器２７と、補正偏向器２７にそれぞれ接続された補正
偏向制御部５７と、補正偏向演算部６６をさらに備え
る。補正偏向演算部６６は、制御コンピュータ２に接続
されるとともに、下段の傾斜観察用偏向制御部６３、補
正偏向制御部５７の全てに接続される。荷電ビーム装置
７０のその他の構成は、図１１に示す荷電ビーム装置６
０と実質的に同一である。
【００８９】本実施形態の特徴は、傾斜観察用偏向器３
３と傾斜観察用偏向制御部６３にて電子ビーム６の走査
偏向と傾斜観察偏向とを同時に制御するとともに、傾斜
による電子ビーム６の照射位置のずれを補正偏向演算部
６６、補正偏向器２７および補正偏向制御部５７により
補正する点にある。荷電ビーム装置７０による照射位置
ずれの補正手順は、次のとおりである。
【００９０】即ち、まず、制御コンピュータ２は、偏向
角度および電子ビーム６のエネルギーのデータを補正偏
向演算部６６に供給する。また、傾斜観察用偏向制御部
６３，６４は、傾斜観察用偏向器３４への入力信号を補
正偏向演算部６６にも供給する。補正偏向演算部６６
は、これらのデータを補正用パラメータとして電子ビー
ム６の照射位置のずれ量を算出し、この算出結果に基づ
いて照射位置ずれ補正用の制御信号を補正偏向制御部５
７へ供給する。この制御信号に基づいて補正偏向制御部
５７は、照射位置ずれ量が補正できる直流成分ＤＣ２
ａ，ＤＣ２ｂ，ＤＣ０，ＤＣ０をそれぞれ設定して補正
偏向器２７に入力する。これにより、電子ビーム６の軌
道は補正偏向器２７により照射位置ずれ量を補正する方
向にシフトする。この結果、偏向による観察領域のズレ
を回避することができる。
【００９１】（８）第８の実施形態 次に、本発明にかかる荷電ビーム装置の第８の実施の形
態について図面を参照しながら説明する。
【００９２】図１２は、本発明にかかる荷電ビーム装置
の第８の実施の形態を示す概略図である。図１１に示す
荷電ビーム装置６０との対比において明らかなように、
本実施形態の荷電ビーム装置８０は、２段の傾斜観察用
偏向制御部６３，６４に接続された補正偏向演算部６６
をさらに備える。荷電ビーム装置８０のその他の構成
は、図１１に示す荷電ビーム装置６０と実質的に同一で
ある。
【００９３】本実施形態の特徴は、傾斜観察用偏向器３
３，３４と傾斜観察用偏向制御部６３，６４にて、電子
ビーム６の走査偏向、傾斜観察偏向、傾斜による電子ビ
ーム６の照射位置ずれの補正とを同時に処理する点にあ
る。荷電ビーム装置８０による照射位置ずれの補正手順
は、次のとおりである。
【００９４】補正偏向演算部６６は、下段傾斜観察用偏
向制御部６３から傾斜用の直流成分ＤＣ１の信号のフィ
ードバックを受けて照射位置ずれ量を補正する補正用の
直流成分ＤＣ２ａ〜ＤＣ２ｄを算出し、直流成分ＤＣ２
ａ，ＤＣ２ｃとなる制御信号を下段傾斜観察用偏向制御
部６３へ供給し、また、直流成分ＤＣ２ｂ，ＤＣ２ｄと
なる制御信号を上段傾斜観察用偏向制御部６４へ供給す
る。電子ビーム６は、対物レンズ２８を通過した後、対
物レンズ２８と試料Ｓとの間の上段傾斜観察用偏向器３
４と下段傾斜観察用偏向器３３を通過する。下段傾斜観
察用偏向器３３には、走査用の交流成分ＡＣａと傾斜用
の直流成分ＤＣ１とさらに補正偏向演算部６６からのフ
ィードバックによる補正用の直流成分ＤＣ２ａの計３成
分を合成した信号が下段傾斜観察用偏向制御部６３にて
設定され入力される。この一方、上段傾斜観察用偏向器
３４には走査用の交流成分ＡＣｂ、補正用の直流成分Ｄ
Ｃ２ｂの２成分を合成した信号が上段傾斜観察用偏向制
御部６４にて設定され入力される。以上の信号を各偏向
器に入力することにより、電子ビーム６の走査偏向と、
傾斜観察偏向と、照射位置ずれ量の補正とを同時に制御
することが可能になる。このとき、走査用の交流成分Ａ
Ｃとして、対向する偏向器同士で同一レベルの信号を入
力し、この一方、傾斜観察用の直流成分ＤＣとしては、
対向する偏向器同士で異なるレベルの信号を入力するこ
とにより、偏向角度および偏向方向を制御する。照射位
置ずれ量の補正には、傾斜観察用直流成分と同様に、対
向する偏向器同士で異なるレベルの直流成分を入力する
が、走査偏向では電子ビーム６の軌道を曲げないように
する必要がある。
【００９５】以上、本発明の実施の形態のいくつかにつ
いて説明したが、本発明は上記形態に限ることなくその
要旨を逸脱しない範囲で種々変形して適用することがで
きる。上述した第２、第３、第７、および第８の実施形
態では、補正偏向演算部により照射位置ずれ量を算出す
ることとしたが、第４および第５の実施の形態と同様
に、制御コンピュータにより照射位置ずれ量を算出する
こととしても良い。また、荷電ビームとして電子ビーム
６を用いる場合について説明したが、電子以外の他のイ
オンによるイオンビームを用いる場合にも適用できるの
は勿論である。
【００９６】
【発明の効果】本発明によれば、試料に入射する直前で
荷電ビームを傾斜偏向させるので、ビーム軌道を曲げる
ことによる電子光学特性の低下を防止しながら、試料表
面の傾斜画像を取得することができる。また、不均一な
電界または磁界を形成することにより荷電ビーム偏向す
るので、高速で傾斜画像を取得することができる。これ
により、インラインで試料表面の形状を検査することが
できる。
【００９７】また、傾斜偏向による照射位置のずれを補
正する手段または工程を備える場合は、傾斜画像の観察
位置を容易に補正することができる。これにより、高速
での傾斜観察が可能になる。
【００９８】さらに、静電型偏向器を用いて傾斜偏向す
る場合は、ステージ傾斜機構と比べて安価に作成できる
ので、既存の装置へのレトロフィットにより容易に傾斜
画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる荷電ビーム装置の第１の実施の
形態を示す概略図である。
【図２】図１に示す傾斜観察用静電偏向器の概略図であ
る。
【図３】図２に示す傾斜観察用静電偏向器の動作を説明
する等電位線図の一例である。
【図４】図２に示す傾斜観察用静電偏向器の電極に印加
する電圧と電子ビームの偏向角度との関係を示すグラフ
である。
【図５】本発明にかかるパターン傾斜観察方法の手順を
説明するフローチャートである。
【図６】本発明にかかる荷電ビーム装置の第２の実施の
形態を示す概略図である。
【図７】本発明にかかる荷電ビーム装置の第３の実施の
形態を示す概略図である。
【図８】本発明にかかる荷電ビーム装置の第４の実施の
形態を示す概略図である。
【図９】本発明にかかる荷電ビーム装置の第５の実施の
形態を示す概略図である。
【図１０】電子ビームの試料への照射位置のずれを画像
処理により補正する方法の説明図である。
【図１１】本発明にかかる荷電ビーム装置の第６の実施
の形態を示す概略図である。
【図１２】本発明にかかる荷電ビーム装置の第７の実施
の形態を示す概略図である。
【図１３】本発明にかかる荷電ビーム装置の第８の実施
の形態を示す概略図である。
【符号の説明】
２ 制御コンピュータ １０，２０，３０，４０，５０，６０，７０，８０ 荷
電ビーム装置 ６ 電子ビーム ８ 電子ビームの軌道 １２ 電子銃 １４ 引出し電極 １６ 加速電極 ２４ 絞り ２６ 走査用偏向器 ２７ 補正偏向器 ２８ 対物レンズ ３２〜３４ 傾斜観察用静電偏向器 ４２ ステージ ５６ 走査偏向制御部 ５７ 補正偏向制御部 ６２〜６４ 傾斜観察用偏向制御部 ６４，６６ 補正偏向演算部 ６８ 対物レンズ補正制御部 ７２ ステージ制御部 ８２ ２次電子検出器 ８４ 画像処理部 ８６ モニタ １１２ 傾斜観察用静電偏向器本体 １１６ スリーブ １１４ 傾斜観察用静電偏向器の電極 Ｓ 試料 ＤＣ０，ＤＣ１，ＤＣ２ａ〜ＤＣ２ｄ 直流成分 ＡＣａ〜ＡＣｄ 交流成分
【手続補正書】
【提出日】平成１２年４月２７日（２０００．４．２
７）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正内容】
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｊ 37/28 Ｈ０１Ｊ 37/28 Ｂ Ｈ０１Ｌ 21/027 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｐ 21/66 21/30 ５０２Ｖ (72)発明者 山 崎 裕一郎 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 杉 原 和 佳 神奈川県横浜市磯子区新杉田町８番地 株 式会社東芝横浜事業所内 (72)発明者 井 上 雅 裕 東京都板橋区蓮沼町75の１ 株式会社トプ コン内 Ｆターム(参考） 2H097 BB03 CA16 EA01 KA28 LA10 4M106 BA02 BA03 CA51 CA52 DH08 DH24 DH50 DJ19 5C001 AA03 CC04 5C033 DD05 DE06 FF01 FF03 FF06 UU01 UU02 UU03 UU05 UU06

Claims (23)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】荷電ビームを生成し、検査対象である試料
    に照射する荷電ビーム出射手段と、 前記荷電ビームを集束するコンデンサレンズと、 前記荷電ビームを偏向させて前記試料上で走査する走査
    偏向器と、 前記荷電ビームを前記試料面で結像させる対物レンズ
    と、 前記対物レンズと前記試料との間に設けられ、前記荷電
    ビームを偏向させ、ビーム軸との間で任意の傾斜角度を
    有するように前記荷電ビームを試料に対して斜めに入射
    させる傾斜観察用偏向器と、 前記荷電ビームの照射により前記試料から発生した２次
    荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記２次荷電粒子
    および前記反射荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段
    と、 前記傾斜角度を制御する制御手段と、を備える荷電ビー
    ム装置。
  2. 【請求項２】前記傾斜観察用偏向器は、静電型偏向器で
    あり、 前記制御手段は、前記荷電ビームが前記傾斜観察用偏向
    器から出射する位置またはその近傍領域で不均一な電界
    が発生するように、前記静電型偏向器を制御することを
    特徴とする請求項１に記載の荷電ビーム装置。
  3. 【請求項３】前記静電型偏向器は、前記対物レンズと前
    記試料との間に設置され表面に金属膜が成膜された絶縁
    部材を含み、 前記金属膜は、前記静電型偏向器の電極をなすことを特
    徴とする請求項２に記載の荷電ビーム装置。
  4. 【請求項４】前記静電偏向器に組み込まれ、前記静電偏
    向器から発生する電場を前記対物レンズ内で遮断する遮
    断電極をさらに備えることを特徴とする請求項２または
    ３に記載の荷電ビーム装置。
  5. 【請求項５】前記制御手段は、前記荷電ビームが前記試
    料に対して斜めに入射することにより発生する照射位置
    のずれを補正する照射位置ずれ補正手段をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の荷
    電ビーム装置。
  6. 【請求項６】前記照射位置ずれ補正手段は、 前記傾斜角度に基づいて前記照射位置ずれ量を算出する
    照射位置ずれ量算出手段と、 前記照射位置ずれ量算出手段の算出結果に基づいて前記
    走査偏向器を制御して前記照射位置ずれ量に応じた距離
    だけ前記照射位置ずれ量に応じた方向へ前記荷電ビーム
    の軌道をシフトする走査偏向制御手段と、を有すること
    を特徴とする請求項５に記載の荷電ビーム装置。
  7. 【請求項７】前記照射位置ずれ補正手段は、前記照射位
    置ずれ量算出手段の算出結果に基づいて前記対物レンズ
    を制御して前記走査偏向制御手段によりシフトした前記
    荷電ビームの軌道が前記対物レンズの中心を通過するよ
    うに前記対物レンズを移動させる対物レンズ補正制御手
    段をさらに有することを特徴とする請求項６に記載の荷
    電ビーム装置。
  8. 【請求項８】前記対物レンズ補正制御手段は、前記対物
    レンズから発生する電磁場をシフトさせることにより前
    記対物レンズを電磁気的に移動させることを特徴とする
    請求項７に記載の荷電ビーム装置。
  9. 【請求項９】前記対物レンズを支持する移動可能なレン
    ズ支持体をさらに備え、 前記対物レンズ補正制御手段は、前記レンズ支持体を移
    動させることにより前記対物レンズを機械的に移動させ
    ることを特徴とする請求項７に記載の荷電ビーム装置。
  10. 【請求項１０】前記試料を載置するとともに、前記荷電
    ビームのビーム軸にほぼ垂直な平面内で移動可能なステ
    ージをさらに備え、 前記照射位置ずれ補正手段は、前記傾斜角度に基づいて
    前記照射位置ずれ量を算出する照射位置ずれ量算出手段
    と、算出された前記照射位置ずれ量に応じた方向へ前記
    照射位置ずれ量に応じた距離だけ前記ステージを移動さ
    せるステージ制御手段を有することを特徴とする請求項
    ５に記載の荷電ビーム装置。
  11. 【請求項１１】前記荷電粒子検出手段により検出された
    前記２次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子または前記
    ２次荷電粒子および前記反射荷電粒子を画像データに変
    換する画像処理手段と、前記画像データを荷電ビーム画
    像として表示する表示手段とをさらに備え、 前記照射位置ずれ補正手段は、前記傾斜角度に基づいて
    前記照射位置ずれの量を算出する照射位置ずれ量算出手
    段と、この算出結果に基づいて前記荷電ビーム画像が前
    記表示手段において所望の位置に表示されるように前記
    画像処理手段を制御する画像補正手段と、を有すること
    を特徴とする請求項５に記載の荷電ビーム装置。
  12. 【請求項１２】荷電ビームを生成し、検査対象である試
    料に照射する荷電ビーム出射手段と、 前記荷電ビームを集束するコンデンサレンズと、 前記荷電ビームを前記試料面で結像させる対物レンズ
    と、 前記対物レンズと前記試料との間に設けられ、前記荷電
    ビームを偏向走査させるとともに、ビーム軸との間で任
    意の傾斜角度を有するように前記荷電ビームを試料に対
    して斜めに入射させる走査・傾斜観察兼用偏向器と、 前記荷電ビームの照射により前記試料から発生した２次
    荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記２次荷電粒子
    および前記反射荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段
    と、 前記傾斜角度を制御する制御手段と、を備える荷電ビー
    ム装置。
  13. 【請求項１３】前記荷電ビームが前記試料に対して斜め
    に入射することにより発生する照射位置のずれ量を前記
    傾斜角度に基づいて算出し、この算出結果に基づいて前
    記走査・傾斜観察兼用偏向器を制御して前記照射位置ず
    れを補正する照射位置ずれ補正手段をさらに含むことを
    特徴とする請求項１２に記載の荷電ビーム装置。
  14. 【請求項１４】荷電ビームを生成し、検査対象である試
    料に照射する荷電ビーム出射手段と、 前記荷電ビームを集束するコンデンサレンズと、 前記荷電ビームを前記試料面で結像させる対物レンズ
    と、 前記対物レンズと前記試料との間に設けられ、前記荷電
    ビームを偏向走査させるとともに、ビーム軸との間で任
    意の傾斜角度を有するように前記荷電ビームを試料に対
    して斜めに入射させる走査・傾斜観察兼用偏向器と、 前記傾斜角度を制御する制御手段と、 前記荷電ビームが前記試料に対して斜めに入射すること
    により発生する照射位置のずれの量を前記傾斜角度に基
    づいて算出する照射位置ずれ量算出手段と、 前記コンデンサレンズと前記対物レンズとの間に配置さ
    れ、前記照射位置ずれ量算出手段の算出結果に応じた方
    向および距離だけ前記荷電ビームの軌道をシフトして前
    記照射位置のずれを補正する補正偏向器と、 前記荷電ビームの照射により前記試料から発生した２次
    荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記２次荷電粒子
    および前記反射荷電粒子を検出する荷電粒子検出手段
    と、を備える荷電ビーム装置。
  15. 【請求項１５】電子銃と、走査偏向器および対物レンズ
    を含む電子光学系と、パターンが形成された試料を載置
    するステージと、荷電粒子検出器とを備える荷電ビーム
    装置を用いた傾斜画像取得方法であって、 前記電子銃から荷電ビームを出射して前記試料に照射す
    る照射工程と、 前記走査偏向器により前記荷電ビームを偏向して前記試
    料上で走査させる走査過程と、 前記対物レンズにより前記荷電ビームを前記試料面で結
    像させる結像工程と、 前記荷電ビームが前記電子光学系から出射する位置また
    はその近傍領域で不均一な電場または磁場を形成し、集
    束された前記荷電ビームがそのビーム軸との間で任意の
    傾斜角度を有するように前記電場または磁場により前記
    荷電ビームを偏向させ、試料に対して斜めに入射させる
    傾斜入射工程と、 前記荷電ビームの照射により前記試料から発生した２次
    荷電粒子もしくは反射荷電粒子または前記２次荷電粒子
    および前記反射荷電粒子を検出する検出工程と、 検出された前記２次荷電粒子もしくは前記反射荷電粒子
    または前記２次荷電粒子および前記反射荷電粒子に基づ
    いて前記パターンの傾斜画像となる画像データを取得す
    る画像データ取得工程と、を備える、パターン傾斜画像
    取得方法。
  16. 【請求項１６】前記荷電ビームがそのビーム軸との間で
    前記傾斜角度をもって偏向する領域から前記電子銃側の
    前記ビーム軌道内に前記電場または磁場が進入すること
    を防止する電磁遮蔽工程をさらに備えることを特徴とす
    る請求項１５に記載のパターン傾斜画像取得方法。
  17. 【請求項１７】前記荷電ビームが前記試料に対して斜め
    に入射することにより発生する照射位置ずれの量を前記
    傾斜角度に基づいて算出する照射位置ずれ量算出工程を
    さらに含み、 前記走査工程は、照射位置ずれ量算出工程の算出結果に
    基づいて、前記照射位置ずれ量に応じた距離だけ、前記
    照射位置ずれ量に応じた方向へ前記荷電ビームの軌道を
    シフトする工程をさらに備えことを特徴とする請求項１
    ５または１６に記載のパターン傾斜画像取得方法。
  18. 【請求項１８】シフトされた前記荷電ビームが前記対物
    レンズの中心を通過するように、前記荷電ビームの軌道
    のシフトに応じて、前記荷電ビームのビーム軸にほぼ垂
    直な平面内で前記対物レンズを移動させる工程をさらに
    備えることを特徴とする請求項１７に記載のパターン傾
    斜画像取得方法。
  19. 【請求項１９】前記荷電ビーム装置の前記ステージは、
    前記荷電ビームのビーム軸にほぼ垂直な平面内で移動可
    能であり、 前記荷電ビームが前記試料に対して斜めに入射すること
    により発生する照射位置ずれの量を前記傾斜角度に基づ
    いて算出する照射位置ずれ量算出工程と、 照射位置ずれ量算出工程の算出結果に基づいて、前記照
    射位置ずれ量に応じた距離だけ、前記照射位置ずれ量に
    応じた方向へ前記ステージを移動させる工程と、をさら
    に備えることを特徴とする請求項１５または１６に記載
    のパターン傾斜画像取得方法。
  20. 【請求項２０】前記荷電ビーム装置は、前記画像データ
    を荷電ビーム画像として表示する表示器とをさらに備
    え、 前記荷電ビームが前記試料に対して斜めに入射すること
    により発生する照射位置ずれの量を前記傾斜角度に基づ
    いて算出する照射位置ずれ量算出工程と、 この算出結果に基づいて前記荷電ビーム画像が前記表示
    器において所望の位置に表示されるように前記画像デー
    タを補正する画像補正工程と、をさらに備えることを特
    徴とする請求項１５または１６に記載のパターン傾斜画
    像取得方法。
  21. 【請求項２１】前記走査工程は、前記荷電ビームが前記
    電子光学系から出射する位置またはその近傍領域で前記
    傾斜入射工程と同時に処理されることを特徴とする請求
    項１５または１６に記載のパターン傾斜画像取得方法。
  22. 【請求項２２】前記荷電ビームが前記試料に対して斜め
    に入射することにより発生する照射位置ずれの量を前記
    傾斜角度に基づいて算出する照射位置ずれ量算出工程
    と、 前記照射位置ずれ量算出工程の算出結果に基づいて、前
    記荷電ビームが前記電子光学系から出射する位置または
    その近傍領域で、前記照射位置ずれ量に応じた距離だけ
    前記照射位置ずれ量に応じた方向へ前記荷電ビームの軌
    道をシフトする補正偏向工程と、をさらに備えることを
    特徴とする請求項２１に記載のパターン傾斜画像取得方
    法。
  23. 【請求項２３】前記荷電ビームが前記試料に対して斜め
    に入射することにより発生する照射位置ずれの量を前記
    傾斜角度に基づいて算出する照射位置ずれ量算出工程
    と、 前記照射位置ずれ量算出工程の算出結果に基づいて、前
    記電子光学系内で前記対物レンズよりも前記電子銃に近
    接する領域において前記照射位置ずれ量に応じた距離だ
    け前記照射位置ずれ量に応じた方向へ前記荷電ビームの
    軌道をシフトする補正偏向工程と、をさらに備えること
    を特徴とする請求項１５または１６に記載のパターン傾
    斜画像取得方法。
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