JP2946857B2

JP2946857B2 - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2946857B2
Application number: JP3207705A
Authority: JP
Inventors: 弘泰清水; 正平鈴木; 護中筋; 智司今野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1991-08-20
Filing date: 1991-08-20
Publication date: 1999-09-06
Anticipated expiration: 2014-09-06
Also published as: JPH0547332A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば走査型電子顕微
鏡のような非点補正装置を有する荷電粒子線装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子線を磁場又は電場の作用により
対象とする試料面に集束することにより、その試料面に
所定のパターンを描画したり、又はその試料面から得ら
れる信号に基づいてその面の状態を拡大して映像化した
りする荷電粒子線装置においては、その荷電粒子線を集
束する際の非点収差を除くための非点補正装置が装着さ
れている。

【０００３】図７は、そのような非点補正装置を有する
荷電粒子線装置としての従来の走査型電子顕微鏡（ＳＥ
Ｍ）を示し、この図７において、１は電子線源、２は電
子線源用電源を示し、通常その電源２は加速電源及び加
熱電源等を含んだものである。また、３は照射レンズ、
４は照射レンズ用電源、５はスティグメータ（非点補正
装置）、６はスティグメータ用電源、７はスキャナ（電
子線走査装置）、８はスキャナ用電源であり、通常は２
段構成のそのスキャナ７により電子線が２次元的及び１
次元的に走査される。９は対物レンズ、１０は対物レン
ズ用電源、１１は全体の動作を制御する計算機、１２は
試料面であり、加速電圧、加熱電流、倍率、走査方向等
の荷電粒子線光学的なパラメータは、その計算機１１か
ら各電源２〜１０に設定できるようになされている。な
お、図示省略するも、この外に開き角を制限する開口及
びレンズ等に装置の軸を合わせるためのアライナ等が備
えられている。

【０００４】電子線源１を出た電子線は、照射レンズ３
により一度集束された後、対物レンズ９により試料面１
２に集束される。その照射レンズ３を調整することによ
り、試料面１２に照射される電流量が制御され、試料面
１２での電子線の最適開き角が得られる。また、対物レ
ンズ９を調整することにより、試料面１２上で電子線の
ビーム径が最小になる。走査型電子顕微鏡では、試料上
で電子線を２次元的に走査し、走査された点での２次電
子、反射電子、吸収電流等を走査信号と同期させてモニ
ター上に表示させるため、スキャナ用電源８は計算機１
１より指定された１次元または２次元走査をするための
走査信号を発生する。

【０００５】その試料面１２の近傍には、２次電子、反
射電子、吸収電流等を検出するための検出器１３が配置
され、この検出器１３で得られた検出信号は増幅器１４
を介して画像処理装置１５に供給される。この画像処理
装置１５には、スキャナ用電源８からサンプリング信号
が信号ライン１６を介して供給されており、そのサンプ
リング信号で画像処理装置１５内のフレームメモリに増
幅された検出信号を取り込む。このフレームメモリ上の
検出信号が映像信号に変換されてモニター１７に供給さ
れ、このモニター１７上には試料面１２の状態が拡大し
て表示される。

【０００６】この図７例において、電子光学的部品の機
械的及び電気的非対称性並びに鏡筒内の汚れ等により、
電子線源１から射出される電子線には非点収差が発生す
るため、その試料面１２上でその電子線は一般に楕円形
に集束する。仮に対物レンズ９のみを調整して、電子線
のメリジオナル焦線とサジタル焦線との中間の正焦点が
その試料面１２上に来るようにしても、電子線は比較的
大きな円形に集束するだけで、電子線のビーム径を絞り
切ることはできない。そこで、非対称性を補正するため
に、スティグメータ５を動作させて電子線のビーム径を
できるだけ絞るようにしている。

【０００７】磁場により電子線の非点収差を調整する電
磁方式のスティグメータ５は、通常図８に示すような構
成とされている。電磁方式の外に、電場により電子線を
偏向する静電方式のスティグメータも知られている。図
８において、直交座標系の軸をｕ及びｖとした場合、こ
の座標系の原点を中心として８個のコイルＸ₁ 〜Ｘ₄及
びＹ₁ 〜Ｙ₄ が円形に配置されている。この内、コイル
Ｘ₁ 及びＸ₃ は軸ｕに沿って対称に配置され、コイルＸ
₂ 及びＸ₄ は軸ｖに沿って対称に配置され、対称性良く
配置された場合、これらコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ は直列接続さ
れて電流が供給され、後述の図９に示すような磁場Ｂが
発生される。また、それらコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ をそれぞれ
原点を中心に４５゜回転した位置にコイルＹ₁ 〜Ｙ₄ が
配置され、対称性良く配置された場合、これらコイルＹ
₁ 〜Ｙ₄ も直列接続されてコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ と同じ電流
が流され、図９の磁場Ｂを４５゜回転した状態の磁場が
発生される。これら４個のコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ よりなる第
１のスティグメータＸより発生される磁場と、４個のコ
イルＹ₁ 〜Ｙ₄ よりなる第２のスティグメータＹより発
生される磁場とを重ね合わせることにより、電子線の非
点収差が相殺される。

【０００８】しかし、通常は、機械的及び電気的精度の
悪さや汚れ等により、対物レンズ９の光軸とスティグメ
ータ５の中心とが一致しない。スティグメータ５は、中
心以外では電子線に対する偏向作用があるため、非点補
正を行う毎に対物レンズ９の軸が狂ってしまう。そこ
で、スティグメータ５には、対物レンズ９の光軸に非点
補正の中心を一致させることができるように、図９に示
すように、軸合わせ機構が設けられている。

【０００９】図９はスティグメータＸに関する軸合わせ
機構を示し、この図９において、コイルＸ₁ 〜Ｘ₄ は直
列にスティグメータＸ用の直流電源６Ｘに接続されてい
ると共に、コイルＸ₁ 及びＸ₂ にはそれぞれ固定抵抗器
Ｒ₁ 及びＲ₂ が並列に接続され、コイルＸ₃ 及びＸ₄ に
はそれぞれ可変抵抗器Ｒ₃及びＲ₄ が並列に接続されて
いる。可変抵抗器Ｒ₃ を調整することでコイルＸ₁ とコ
イルＸ₃ とによる磁場のバランスを変化させ、可変抵抗
器Ｒ₄ を調整することでコイルＸ₂とコイルＸ ₄ とによ
る磁場のバランスを変化させると共に、スティグメータ
Ｙについても同様の調整を行うことにより、スティグメ
ータ５の中心を移動させることができる。より具体的に
は、例えば低周波数の交流電流を重畳することにより、
スティグメータＸ及びスティグメータＹの電流を増減さ
せて、オペレータがモニター１７に表示される像を見な
がら可変抵抗器Ｒ₃ 及びＲ₄ 等を調整して、その像が移
動しないように調整が行われる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来例
においては、オペレータがモニター１７上の試料像の移
動の状態を見ながら試行錯誤的に調整を行うため、調整
のばらつきが大きく調整の精度が良くない場合があると
共に、調整に時間がかかるという不都合があった。

【００１１】本発明は斯かる点に鑑み、非点補正装置の
軸合わせを迅速且つ正確に行うことができる荷電粒子線
装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明による荷電粒子線
装置は、例えば図１及び図２に示す如く、荷電粒子線の
非点収差を補正する非点補正装置（５、１９）と、前記
荷電粒子線を試料面へ入射させる入射レンズ系（９）
と、前記荷電粒子線の試料面への入射による試料面から
の信号を検出する検出装置（１３）とを備えた荷電粒子
線装置において、非点補正装置（５、１９）は、収差補
正機構（例えば図８のスティングメータ５）と、補非点
収差を補正する非点補正用信号と非点補正用信号に応じ
た収差補正機構（５）の中心軸と入射レンズ系（９）の
光軸との軸ずれを補正する軸ずれ補正用信号とを重畳し
て収差補正機構（５）に供給する軸補正機構（１９）と
を有するものである。

【００１３】また、前記非点補正装置（５、１９）は、
補正する前記非点収差の変更に伴って前記軸ずれ補正用
信号を再設定することを特徴とする。また、本発明によ
る荷電粒子線装置は、さらに検出装置（１３）で得られ
る信号に基づいて試料面上の所定のパターン（例えば付
着しているゴミ等の目印となるパターン）の位置を測定
するパターン位置測定装置（２３）を備え、軸ずれ補正
用の信号は、非点補正装置（５、１９）を第１の状態及
び第２の状態に設定したときの前記パターン位置測定装
置により測定される所定のパターンの位置ずれに基づい
て求められることを特徴とする。

【００１４】

【作用】斯かる本発明によれば、非点補正装置（５、１
９）に軸補正機構（１９Ｘ）を設けることにより、非点
補正装置（５、１９）は、非点補正を行う際の入射レン
ズ系（９）の軸が狂ってしまうのを入射レンズ系（９）
の光軸に非点補正の中心を一致させるように補正でき
る。又、非点補正装置（５、１９）は、非点補正を行
う毎に補正できる。又、荷電粒子線の試料面（１２）
での２次元走査又は複数方向への１次元走査により、そ
の検査装置（１３）を介して試料面（１２）の状態が観
測できる。そして、そのパターン位置測定装置（２３）
により、位置ずれの目印となりそうなゴミ又は回路パタ
ーン等の所定のパターンの中心の位置が測定される。そ
して、非点補正装置（5、１９）の軸補正機構（１９
Ｘ）にどの程度の軸ずれ補正用の信号を供給すれば、ど
の程度軸ずれが補正されるかを予め実測又は計算により
調べておく。

【００１５】そして、その非点補正装置（５，１９）を
動作させないとき（第１の状態）と或る値で動作させた
とき（第２の状態）との間のその所定のパターンの位置
のずれを取り込み、この位置のずれを打ち消すようにそ
の非点補正装置（５，１９）の軸補正機構（１９Ｘ）に
軸ずれ補正用の信号を供給することにより、軸合わせが
行われる。その第１の状態及び第２の状態は、それぞれ
その非点補正装置（５，１９）を異なる値で動作させた
状態であってもよく、この場合には、それら２個の状態
におけるその所定のパターンの位置ずれより、その非点
補正装置（５，１９）が動作していないときのその所定
のパターンの位置が計算される。

【００１６】

【実施例】以下、本発明による荷電粒子線装置の一実施
例につき図１〜図６を参照して説明しよう。本例は走査
型電子顕微鏡に本発明を適用したものであり、この図１
及び図２において図７に対応する部分には同一符号を付
してその詳細説明は省略する。

【００１７】図１は本例の全体の構成を示し、この図１
において、１８は装置全体の動作を制御する計算機、１
９はスティグメータ（非点補正装置）５を駆動するステ
ィグメータ用電源であり、この電源１９には信号ライン
２０を介して計算機１８より非点補正用のデータ及び軸
合わせ用のデータを供給する。２１はスキャナ（電子線
走査装置）７を駆動するスキャナ用電源を示し、このス
キャナ用電源２１には計算機１８より直接に走査信号を
供給すると共に、その計算機１８よりスティグメータ用
電源１９及び信号ライン２２を介して間接的にも走査信
号を供給できるようにする。

【００１８】２３はパターン位置測定装置を示し、この
パターン位置測定装置２３は、検出器１３より増幅器１
４及び画像処理装置１５を介して供給される画像データ
を処理して試料面１２上の所定のパターンの中心位置の
座標を求め、この求めた中心位置の座標をその計算機１
８に送出する。このパターン位置測定装置２３の動作
は、計算機１８のソフトウェアで実行することもでき
る。その所定のパターンとは例えば図３に示す矩形のパ
ターン３５のように、モニター上の画面で比較的輪郭が
明瞭で背景との識別が容易な目印としてふさわしいパタ
ーンを言う。これは、オペレータが指示してもよく、画
像処理装置１５等で自動的にエッジの鋭いパターンを選
別してもよい。実際には、試料面１２に付着しているゴ
ミ又は特定の回路パターン等を使用することができる。
図３に示すように、そのパターン位置測定装置２３は、
そのパターン３５の軸ｕの方向の両端のエッジＸ_L 及び
Ｘ_R を検出すると共に、軸ｖの方向の両端のエッジＹ_D
及びＹ_U を検出し、次式によりそのパターン３５の中心
の位置の座標（Ｘ_i ，Ｙ_j ）を計算し、この座標を計算
機１８に送出する。

【００１９】

【数１】Ｘ_i＝（Ｘ_L＋Ｘ_R）／２Ｙ_j＝（Ｙ_D＋Ｙ_R）／２

【００２０】本例のスティグメータ５も図８に示す８個
のコイルより構成され、これら８個のコイルは、座標軸
ｕ，ｖの方向に設定された４個のコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ より
なるスティグメータＸとこのスティグメータＸを４５゜
回転してなる４個のコイルＹ ₁ 〜Ｙ₄ よりなるスティグ
メータＹとに分類される。本例ではこれら２組のスティ
グメータＸ及びＹのそれぞれについて、スティグメータ
５の中心と対物レンズ９の光軸とを合わせるための軸合
わせ機構１９Ｘ及び１９Ｙが設けられており、これら２
個の軸合わせ機構１９Ｘ及び１９Ｙによりスティグメー
タ用電源１９が構成されている。

【００２１】図２はそのスティグメータＸ用の軸合わせ
機構１９Ｘ及びスティグメータＸを示し、この図２にお
いて、ｕ軸に沿って対向する１対のコイルＸ₁,Ｘ₃ 及び
ｖ軸に沿って対向する１対のコイルＸ₂,Ｘ₄ により磁場
Ｂが形成されている。また、隣合うコイルＸ₁及びＸ₂
は直列接続して、軸合わせ機構１９Ｘより励磁電流Ｉ
（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）を供給し、コイルＸ₃ 及びＸ₄ にはその
軸合わせ機構１９Ｘよりそれぞれ励磁電流Ｉ（Ｘ₃ ）及
びＩ（Ｘ₄ ）を供給する。その軸合わせ機構１９Ｘにお
いて、２４は乗算型で電流出力の第１のデジタル／アナ
ログ（Ｄ／Ａ）変換器を示し、このＤ／Ａ変換器２４の
電源入力端子にはアナログの参照電圧ＶＲを供給し、こ
のＤ／Ａ変換器２４のデータ入力端子には計算機１８よ
り非点補正データＩ１を供給する。このＤ／Ａ変換器２
４の電流出力を電流／電圧変換器２５を介して電圧の信
号に変換し、この信号を電圧／電流変換器２６を介して
励磁電流Ｉ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）に変換する。例えば電流出力
のＤ／Ａ変換器２４がｘボルトに相当するデジタル入力
を１アンペアの電流として出力しているものとすると、
その電流／電圧変換器２５は、１アンペアの電流をｘボ
ルトの電圧に変換するように調整しておく。

【００２２】また、２７は第２の乗算型で電流出力のＤ
／Ａ変換器を示し、この第２のＤ／Ａ変換器２７の電源
入力端子には電流／電圧変換器２５の電圧出力を供給
し、このＤ／Ａ変換器２７のデータ入力端子には計算機
１８より軸合わせデータｄ_Xxを供給する。このＤ／Ａ変
換器２７の電流出力をＤ／Ａ変換器２８を介して電圧の
信号として加算器２９の一方の入力部に供給し、この加
算器２９の他方の入力部に電流／電圧変換器２５の電圧
出力を供給し、この加算器２９の電圧出力を電圧／電流
変換器３０を介して励磁電流Ｉ（Ｘ₃ ）に変換する。同
様に、３１は第３の乗算型で電流出力のＤ／Ａ変換器を
示し、この第３のＤ／Ａ変換器３１の電源入力端子にも
電流／電圧変換器２５の電圧出力を供給し、このＤ／Ａ
変換器３１のデータ入力端子には計算機１８より軸合わ
せデータｄ_Xyを供給する。このＤ／Ａ変換器３１の電流
出力をＤ／Ａ変換器３２を介して電圧の信号として加算
器３３の一方の入力部に供給し、この加算器３３の他方
の入力部に電流／電圧変換器２５の電圧出力を供給し、
この加算器３３の電圧出力を電圧／電流変換器３４を介
して励磁電流Ｉ（Ｘ₄ ）に変換する。

【００２３】その図２の軸合わせ機構１９Ｘの動作につ
き説明するに、乗算型のＤ／Ａ変換器２４，２７，３１
はそれぞれ電源入力端子に供給された電圧とデータ入力
端子に供給されたデータとの積に相当する電流を出力す
る。また、非点補正データＩ１及び軸合わせデータ
ｄ_Xx，ｄ_Xyをそれぞれ絶対値がＮ以下の整数（２進数）
で表わし、所定の係数Ｋを用いることにより、上述の励
磁電流Ｉ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）、Ｉ（Ｘ₃ ）及びＩ（Ｘ₄ ）
は、次のように表すことができる。

【００２４】

【数２】Ｉ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）＝Ｋ・ＶＲ・Ｉ１／ＮＩ（Ｘ₃ ）＝Ｉ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）・（１＋ｄ_Xx／Ｎ）Ｉ（Ｘ₄ ）＝Ｉ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）・（１＋ｄ_Xy／Ｎ）

【００２５】この（数２）によれば、非点補正データＩ
１を増減することにより、スティグメータＸの４個のコ
イルＸ₁ 〜Ｘ₄ に流れる電流を一度に調整できると共
に、軸合わせデータｄ_Xx及びｄ_Xyを調整することによ
り、それぞれコイルＸ₃ 及びＸ₄に流れる電流のみを調
整できることが分かる。この場合、軸合わせデータｄ_Xx
及びｄ_Xyは正又は負の値を取り得る。このように軸合わ
せデータｄ_Xx及びｄ_Xyを調整することによりコイルＸ₃
及びＸ₄ に流れる電流を調整する機構をそれぞれスティ
グＸ_x及びスティグＸ_y と呼ぶ。

【００２６】同様に、コイルＸ₁ 〜Ｘ₄ を９０゜回転さ
せて得られるコイルＹ₁ 〜Ｙ₄ よりなるスティグメータ
Ｙについても、図２例と同じ構成の軸合わせ機構１９Ｙ
（図示省略）が設けられている。この場合、コイルＹ₁
〜Ｙ₄ に流れる電流を一度に調整するための非点補正デ
ータをＩ２、コイルＹ₃ に流れる電流を増減するための
軸合わせデータをｄ_Yx、コイルＹ₄ に流れる電流を増減
するための軸合わせデータをｄ_Yyとする。また、軸合わ
せデータｄ_Yx及びｄ_Yyを調整することによりコイルＹ₃
及びＹ₄ に流れる電流を調整する機構をそれぞれスティ
グＹ_X 及びスティグＹ_Y と呼ぶ。

【００２７】図４〜図６を参照して、本例のスティグメ
ータ５の軸合わせ動作を詳細に説明する。本例では、先
ず図４に示すステップ１０１〜１０８においてスティグ
メータＸ用の軸合わせデータを求めた後に、ステップ１
０９〜１１３においてスティグメータＹ用の軸合わせデ
ータを求めることにより、スティグメータ５の中心を対
物レンズ９の光軸に合わせる。その一連のステップにお
ける動作を以下で説明する。

【００２８】−ステップ１０１− スティグメータＸ及びスティグメータＹよりなるスティ
グメータ５全体の励磁を０にする。これは図２で非点補
正データＩ１を０にすると共に、スティグメータＹ用の
非点補正データＩ２をも０にすることを意味する。 −ステップ１０２− 図１の試料面１２上を電子線で２次元的に走査すること
により、試料面１２の画像データ（波形データ）を取り
込む。このときの画像は図５であるとして、パターン３
５を目印になるパターンとして選択する。この画像デー
タをパターン位置測定装置２３に送る。 −ステップ１０３− パターン位置測定装置２３ではそのパターン３５の中心
位置の座標、即ちパターン位置（Ｘ₀ ，Ｙ₀ ）を求め、
この座標を計算機１８に送出する。

【００２９】−ステップ１０４− スティグメータＸを所定の励磁電流Ｉ_x で励磁する。こ
の励磁電流Ｉ_x は、そのパターン３５が画面から外れな
い範囲でできるだけ大きい値が良い。具体的には、図２
の非点補正データＩ１をその励磁電流Ｉ_x に対応する値
に設定すればよい。更に、図２に軸合わせデータｄ_Xx及
びｄ_Xyはそれぞれ０に設定しておく。これにより、図２
のコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ には全て同じ電流Ｉ_x （＝Ｉ（Ｘ
₁ ，Ｘ₂ ））が流れる。 −ステップ１０５− ステップ１０２と同様に、試料面１２上を電子線で走査
して得られた画像データ（波形データ）をパターン位置
測定装置２３に送る。 −ステップ１０６− スティグメータＸの励磁により図５に示すように、パタ
ーン３５は例えば位置３５Ａに移動する。パターン位置
測定装置２３は、そのパターン３５の移動後の中心位置
の座標（Ｘ_X ，Ｙ_X ）を測定し、この座標を移動後のパ
ターン位置として計算機１８に送出する。仮に、スティ
グメータＸの中心と対物レンズ９の光軸とが合致してい
るとすれば、そのスティグメータＸを励磁しても像の状
態が変化するだけで各像の中心位置は変化しないはずで
ある。従って、軸合わせの課題とは、図５に示すように
何らかの軌跡３７を通ってそのパターン３５を最初の位
置に戻すことにより、スティグメータ５を励磁している
ときの画像の位置がスティグメータ５を励磁していない
ときの位置になるようにすることである。

【００３０】−ステップ１０７− 計算機１８のソフトウェア上で、次の（数３）によりス
ティグメータＸの単位電流当たりの偏向感度（ΔＸ_X ，
ΔＹ_X ）を計算する。

【００３１】

【数３】ΔＸ_X＝（Ｘ_X−Ｘ₀）／Ｉ_X ΔＹ_X＝（Ｙ_X−Ｙ₀）／Ｉ_X このことは、図５に示すように、その偏向感度のベクト
ルに任意の励磁電流を乗じることにより、その励磁電流
でのパターン３５の移動のベクトルが求められることを
意味する。

【００３２】−ステップ１０８− このステップでは、計算機１８が、図２のスティグメー
タＸ用の軸合わせデータｄ_Xx及びｄ_Xyを計算する。この
際に、予め計算又は実測により、図２のコイルＸ₃ 流れ
る電流を調整する機構であるスティグＸ_x の単位電流時
の単位設定値当たりにおける、軸補正ベクトル（ｘ_Xx，
ｙ_Xx）（＝〈ｉ〉とする）を求めておく。単位電流時の
単位設定値当たりの軸補正ベクトルとは、図２におい
て、電流Ｉ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）を単位電流に設定し、且つ軸
合わせデータｄ_Xxの値を最小の整数値（＝１）に設定し
たときに、軸補正される方向及び量を示すベクトルを言
う。

【００３３】同様に予め、コイルＸ₄ に流れる電流を調
整する機構であるスティグＸ_y の単位電流時の単位設定
値当たりにおける軸補正ベクトル（ｘ_Xy，ｙ_Xy）（＝
〈ｊ〉とする）を求めておく。この場合の軸補正ベクト
ルは、図２の軸合わせデータｄ _Xyを最小の整数値に設定
したときに軸補正される方向及び量を示すベクトルを言
う。

【００３４】次に、ステップ１０７で求めたスティグメ
ータＸの単位電流当たりの偏向感度（ΔＸ_X ，ΔＹ_X ）
を図６の座標上の点Ｐで表し、その点Ｐを通り傾きが上
記のベクトル〈ｉ〉及び〈ｊ〉に平行な直線をそれぞれ
直線３８Ａ及び３９Ａとする。そして、一方の直線３８
Ａに平行で且つ原点を通る直線３８Ｂと他方の直線３９
Ａとの交点を点Ｑ、他方の直線３９Ａに平行で且つ原点
を通る直線３９Ｂと一方の直線３８Ａとの交点を点Ｒと
すると、点Ｐから点Ｒへ向かうベクトルがｄ_Xx〈ｉ〉と
なる。このベクトルは、スティグＸ_x の軸補正ベクトル
である〈ｉ〉（＝（ｘ_Xx，ｙ_Xx））に図２の軸合わせデ
ータｄ_Xxを乗算したものである。即ち、図６から分かる
ように点ＲにおいてはスティグＸ_X に関する軸ずれは０
であり、ベクトル〈ｉ〉はその軸合わせデータｄ_Xxの単
位設定値当たりの軸補正ベクトルであるため、点Ｐから
点Ｒへのベクトルはベクトル〈ｉ〉をｄ_Xx倍したものと
なる。

【００３５】同様に、スティグＸ_Y の軸補正ベクトルで
あるベクトル〈ｉ〉（＝（ｘ_Xy，ｙ _Xy））及び図２の軸
合わせデータｄ_Xyを用いて、点Ｐから点Ｑへ向かうベク
トルはｄ_Xy〈ｊ〉で表すことができる。

【００３６】この場合、直線３８Ａ、３９Ａ、３８Ｂ及
び３９Ｂはそれぞれ次の方程式で表すことができる。直線３８Ａ：ｖ−ΔＹ_X＝（ｙ_Xx／ｘ_Xx）（ｕ−ΔＸ_X）直線３９Ａ：ｖ−ΔＹ_X＝（ｙ_Xy／ｘ_Xy）（ｕ−ΔＸ_X）直線３８Ｂ：ｖ＝（ｙ_Xx／ｘ_Xx）ｕ直線３９Ｂ：ｖ＝（ｙ_Xy／ｘ_Xy）ｕこれら方程式を用いると、点Ｒ及び点Ｑの座標は容易に
求めることができ、このようにして求められた座標に基
づいて、軸合わせデータｄ_Xx及びｄ_Xyは次のように表す
ことができる。

【００３７】

【数４】ｄ_Xx＝（−ｙ_XyΔＸ_X＋ｘ_XyΔＹ_X）／（ｘ_Xxｙ_Xy−ｘ_Xyｙ_Xx）ｄ_Xy＝（ｙ_XxΔＸ_X−ｘ_XxΔＹ_X）／（ｘ_Xxｙ_Xy−ｘ_Xyｙ_Xx）

【００３８】図６において、原点Ｏを頂点とする四辺形
ＯＲＰＱは平行四辺形であるため、図２において計算機
１８がその（数４）で表される軸合わせデータｄ_Xx及び
ｄ_Xyを設定することにより、点Ｐにずれていた所定のパ
ターンの中心は原点Ｏに戻る。更に、図６は励磁電流Ｉ
１が単位電流の場合を表しているが、（数２）より明ら
かなように、図２においては、励磁電流Ｉ（Ｘ₃ ）及び
Ｉ（Ｘ₄ ）は共に励磁電流Ｉ（Ｘ₁ ，Ｘ₂ ）に比例して
いるので、単位電流のときに軸ずれを補正することがで
きれば、如何なる励磁電流についても軸ずれを補正する
ことができる。

【００３９】なお、（数４）で表されるデータが整数に
ならないときには、例えば最も近い整数を選択すること
になる。

【００４０】−ステップ１０９− 以下のステップでは、図２のコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ よりなる
スティグメータＸを９０゜回転させた構成のスティグメ
ータＹについて、軸合わせを行う。先ず、このステップ
１０９では、スティグメータＸの励磁電流を０に設定し
た状態で、そのスティグメータＹを励磁電流Ｉ_Y で励磁
する。これは計算機１８よりそのスティグメータＹ用の
軸合わせ機構１９Ｙ（図示省略）にその励磁電流Ｉ_Y に
相当する非点補正データＩ２を設定すると共に、軸合わ
せデータｄ_Yx及びｄ_Yyはそれぞれ０に設定することを意
味する。 −ステップ１１０− ステップ１０５と同様に、試料面１２上を電子線で走査
して得られた画像データ（波形データ）をパターン位置
測定装置２３に送る。 −ステップ１１１− スティグメータＹの励磁により、目印となるパターンの
中心の位置は座標（Ｘ _Y ，Ｙ_Y ）に移動する。パターン
位置測定装置２３は、この座標を求めて移動後のパター
ン位置として計算機１８に送出する。

【００４１】−ステップ１１２− 計算機１８のソフトウェア上で、次の（数５）によりス
ティグメータＹの単位電流当たりの偏向感度（ΔＸ_Y ，
ΔＹ_Y ）を計算する。

【００４２】

【数５】ΔＸ_Y＝（Ｘ_Y−Ｘ₀）／Ｉ_Y ΔＹ_Y＝（Ｙ_Y−Ｙ₀）／Ｉ_Y

【００４３】−ステップ１１３− このステップではステップ１０８と同様に、計算機１８
が、スティグメータＹ用の軸合わせデータｄ_Yx及びｄ_Yy
を計算する。この際に、予め計算又は実測により、ステ
ィグメータＹのコイルＹ₃ を流れる電流を調整する機構
であるスティグＹ_x の単位電流時の単位設定値当たりに
おける、軸補正ベクトル（ｘ_Yx，ｙ_Yx）を求めておく。
同様に予め、コイルＹ₄ に流れる電流を調整する機構で
あるスティグＹ_y の単位電流時の単位設定値当たりにお
ける軸補正ベクトル（ｘ_Yy，ｙ_Yy）を求めておく。

【００４４】ステップ１０８における（数４）に対応さ
せて、軸合わせ機構１９Ｙ用の軸合わせデータｄ_Yx及び
ｄ_Yyは次のように表すことができる。

【００４５】

【数６】ｄ_Yx＝（−ｙ_YyΔＸ_Y＋ｘ_YyΔＹ_Y）／（ｘ_Yxｙ_Yy−ｘ_Yyｙ_Yx）ｄ_Yy＝（ｙ_YxΔＸ_Y−ｘ_YxΔＹ_Y）／（ｘ_Yxｙ_Yy−ｘ_Yyｙ_Yx）

【００４６】−ステップ１１４− 計算機１８は、上記の（数４）及び（数６）で求めた軸
合わせデータｄ_Xx，ｄ _Xy，ｄ_Yx及びｄ_Yyを軸合わせ機構
１９Ｘ及び１９Ｙに設定する。これにより、スティグメ
ータ５の中心を対物レンズ９の光軸に合わせるための軸
合わせが完了する。

【００４７】図１に戻り、これに続いて計算機１８は、
スティグメータＸ及びＹよりなるスティグメータ５を用
いて本来の非点補正を行う。具体的には、スティグメー
タＸ用の励磁電流を設定するための非点補正データＩ１
及びスティグメータＹ用の励磁電流を設定するための非
点補正データＩ２の値を種々に組み合わせて、非点収差
が最小になるときの非点補正データＩ１及びＩ２を決定
する。この際に、例えばスティグメータＸについては、
図２より明らかなように、非点補正データＩ１を増減す
るとコイルＸ₁ 〜Ｘ₄ を流れる電流が比例して増減する
ので、軸合わせ用の励磁電流も比例して増減する。従っ
て、その非点補正データＩ１をどのような値に設定して
も軸ずれは生ずることがなく、同様に、他方の非点補正
データＩ２をどのような値に設定しても、軸ずれが生ず
ることはない。

【００４８】上述のように、本例によれば、目印となる
所定のパターン３５の中心の位置をスティグメータ５の
励磁状態を変えて３回測定するだけで、軸合わせ用の正
確なデータを求めることができる。従って、従来のよう
に試行錯誤的に軸合わせを行うのと比べて、スティグメ
ータ５の軸合わせを迅速且つ正確に行うことができる利
点がある。この場合、オペレータが最初にその目印とな
るパターン３５を指示してやることにより、後の軸合わ
せ動作は容易に自動化することができる。更に、例えば
画像データの中から輪郭部の立ち上がりが鋭いパターン
を抽出することにより、その目印となるパターン３５の
指定をも自動的に行い、軸合わせの全工程を容易に自動
化することができる利点がある。

【００４９】なお、上述実施例では、スティグメータ５
を励磁しない状態と励磁した状態とよりそのスティグメ
ータ５の単位電流当りの偏向感度を計算するようにして
いるが、例えばそのスティグメータ５を或る電流レベル
で励磁した状態とそれとは異なる電流レベルで励磁した
状態とよりその単位電流当りの偏向感度を計算するよう
にしてもよい。

【００５０】また、上述実施例は電子線を磁場の作用で
集束させる例であるが、電子線を含む荷電粒子線を電場
の作用で集束させる場合にも本発明は同様に適用するこ
とができる。電場の作用で集束させる場合には、例えば
図２の軸合わせデータは電場の対称性を変化させるため
のデータになる。このように、本発明は上述実施例に限
定されず本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の構成を
取り得ることは勿論である。

【００５１】

【発明の効果】本発明によれば、非点補正装置を第１の
状態及び第２の状態に設定したときの所定のパターンの
位置のずれより、軸ずれ補正用の信号を求めるようにし
ているので、非点補正装置の軸合わせを迅速且つ正確に
行うことができる利点がある。また、その所定のパター
ンの抽出を自動化することにより、軸合わせの全工程を
容易に自動化できる利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子線装置の一実施例の全体
の構成を示すブロック図である。

【図２】その一実施例のスティグメータＸ用の軸合わせ
機構を示す構成図である。

【図３】所定のパターンの位置測定の説明図である。

【図４】その一実施例における軸合わせ動作の流れを示
すフローチャートである。

【図５】所定のパターンの位置ずれの説明に供する線図
である。

【図６】その一実施例の軸合わせ方法の説明図である。

【図７】従来の走査型電子顕微鏡の構成を示すブロック
図である。

【図８】図７例及び本発明の一実施例におけるスティグ
メータのコイルの配列の一例を示す平面図である。

【図９】従来のスティグメータＸ用の軸合わせ機構を示
す構成図である。

【符号の説明】

１電子線源３照射レンズ５スティグメータ７スキャナ９対物レンズ１２試料面１３検出器１８計算機１９スティグメータ用電源１９ＸスティグメータＸ用の軸合わせ機構２３パターン位置測定装置３５目印となるパターンＩ１非点補正データｄ_Xx，ｄ_Xy 軸合わせデータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭56−13649（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−228556（ＪＰ，Ａ) 特開昭53−131755（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 37/153 H01J 37/04 H01J 37/147

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子線の非点収差を補正する非点補正
装置と、前記荷電粒子線を試料面へ入射させる入射レンズ系と、前記荷電粒子線の試料面への入射による試料面からの信
号を検出する検出装置とを備えた荷電粒子線装置におい
て、前記非点補正装置は、収差補正機構と、前記非点収差を補正する非点補正用信号と、該非点補正
用信号に応じた前記収差補正機構の中心軸と前記入射レ
ンズ系の光軸との軸ずれを補正する軸ずれ補正用信号と
を重畳して前記収差補正機構に供給する軸補正機構とを
備えることを特徴とする荷電粒子装置。
【請求項２】前記非点補正装置は、補正する前記非点収
差の変更に伴って前記軸ずれ補正用信号を再設定するこ
とを特徴とする請求項１記載の荷電粒子装置。
【請求項３】さらに前記検出装置で得られる信号に基づ
いて前記試料面上の所定のパターンの位置を測定するパ
ターン位置測定装置を備え、前記軸ずれ補正用信号は、前記非点補正装置を第１の状
態及び第２の状態に設定したときの前記パターン位置測
定装置により測定される前記所定のパターンの位置ずれ
に基づいて求められることを特徴とする請求項1又は２
記載の荷電粒子装置。