JP3402868B2 - 荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び焦点合わせ方法 - Google Patents
荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び焦点合わせ方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば半導体素子
の微細パターンを観察するのに用いられる走査型荷電粒
子顕微鏡等の荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正
及び焦点合わせ方法に関するものである。
の微細パターンを観察するのに用いられる走査型荷電粒
子顕微鏡等の荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正
及び焦点合わせ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体素子の表面の状態を観察す
る場合、電子顕微鏡を用いた観察が行われている。今日
では、一般的に用いられる走査電子顕微鏡においても、
その分解能は１ｎｍを下回るようになっている。
る場合、電子顕微鏡を用いた観察が行われている。今日
では、一般的に用いられる走査電子顕微鏡においても、
その分解能は１ｎｍを下回るようになっている。
【０００３】ここで、図５には代表的な高分解能走査電
子顕微鏡の構成を示し説明する。同図に於いて、電解放
出型の電子銃３はカソード１及びアノード２により構成
されており、高輝度の電子ビーム４を発生する。この電
子ビーム４をコンデンサレンズ５と絞り７、対物レンズ
６を介して更に縮小し、試料８表面に照射する。このと
き、検出器１１により試料表面から放出される二次電子
を検出する。電子ビーム４は走査制御回路１２により制
御される偏向器１０によって試料台９に置かれた試料８
上で二次元的に走査される。これと同期させて、検出器
１１の信号を画像表示装置１３に表示することにより、
試料表面の情報が得られる。
子顕微鏡の構成を示し説明する。同図に於いて、電解放
出型の電子銃３はカソード１及びアノード２により構成
されており、高輝度の電子ビーム４を発生する。この電
子ビーム４をコンデンサレンズ５と絞り７、対物レンズ
６を介して更に縮小し、試料８表面に照射する。このと
き、検出器１１により試料表面から放出される二次電子
を検出する。電子ビーム４は走査制御回路１２により制
御される偏向器１０によって試料台９に置かれた試料８
上で二次元的に走査される。これと同期させて、検出器
１１の信号を画像表示装置１３に表示することにより、
試料表面の情報が得られる。
【０００４】ところで、このような対物レンズ６を用い
た集束系では、通常「非点収差」と呼ばれる収差が存在
する。これは、ビーム軸に垂直な２方向についてビーム
が集束する位置が軸方向にずれる為に起きるものであ
る。このような収差が存在する場合、試料面上のビーム
断面形状は対物レンズ６の焦点距離に応じて図６（ａ）
乃至（ｃ）に示されるように変化する。尚、図６（ｂ）
に示される円いビームが得られる状態のビーム径は、こ
の様な非点収差が存在しない場合に比べて大きいものと
なる。かかる収差は二方向の焦点距離が異なる為に生じ
る。
た集束系では、通常「非点収差」と呼ばれる収差が存在
する。これは、ビーム軸に垂直な２方向についてビーム
が集束する位置が軸方向にずれる為に起きるものであ
る。このような収差が存在する場合、試料面上のビーム
断面形状は対物レンズ６の焦点距離に応じて図６（ａ）
乃至（ｃ）に示されるように変化する。尚、図６（ｂ）
に示される円いビームが得られる状態のビーム径は、こ
の様な非点収差が存在しない場合に比べて大きいものと
なる。かかる収差は二方向の焦点距離が異なる為に生じ
る。
【０００５】この収差を補正するために、「スティグマ
タ」と呼ばれる四重極の電場又は磁場を発生する手段を
互いに方向を４５度ずらせて発生するように２個設け
て、各強度を調整することで、２方向の集束位置が一致
するようにしている。
タ」と呼ばれる四重極の電場又は磁場を発生する手段を
互いに方向を４５度ずらせて発生するように２個設け
て、各強度を調整することで、２方向の集束位置が一致
するようにしている。
【０００６】以下、図７を参照して実際に行われる調整
法について説明する。図７（ａ）に示されるような矩形
のパターンを観察するとき、図６に示されるような非点
収差が存在すると、テレビ上の像は例えばビームの断面
形状が図６（ａ）のときは図７（ｂ），（ｃ）に示され
るようにエッジの分解能の高い方向と低い方向とが現れ
る。対物レンズ６の焦点距離を変えてビーム形状が図６
（ｃ）のようになると、エッジ分解能の高い方向が入れ
替わる。そこで、２組のスティグマタを調整して対物レ
ンズ６の焦点距離を変えても像に方向性が無くなるよう
に調節する。このときビーム断面形状は図８（ａ）乃至
（ｃ）に示されるようになる。
法について説明する。図７（ａ）に示されるような矩形
のパターンを観察するとき、図６に示されるような非点
収差が存在すると、テレビ上の像は例えばビームの断面
形状が図６（ａ）のときは図７（ｂ），（ｃ）に示され
るようにエッジの分解能の高い方向と低い方向とが現れ
る。対物レンズ６の焦点距離を変えてビーム形状が図６
（ｃ）のようになると、エッジ分解能の高い方向が入れ
替わる。そこで、２組のスティグマタを調整して対物レ
ンズ６の焦点距離を変えても像に方向性が無くなるよう
に調節する。このときビーム断面形状は図８（ａ）乃至
（ｃ）に示されるようになる。
【０００７】ところで、例えばビームの断面形状が図９
のようなときに、図７（ａ）のような試料を観察する場
合には分解能は二辺に垂直な方向に対して略等しく、非
点収差の補正が難しい。これは、非点補正を自動化する
場合も同様である。
のようなときに、図７（ａ）のような試料を観察する場
合には分解能は二辺に垂直な方向に対して略等しく、非
点収差の補正が難しい。これは、非点補正を自動化する
場合も同様である。
【０００８】ここで、非点補正を自動的に行う場合は次
の様な操作が行われる。先ず、異なるレンズの焦点距離
において得られる像のコントラストを求め、当該コント
ラストが最大である位置を求める。非点収差が大きいと
きには極大の位置が２点現れることがあるが、かかる場
合は両者の中間をとる。こうして決定された焦点位置に
おいて、ｘ方向のスティグマタを調整してコントラスト
を最大にする。次いで、ｙ方向のスティグマタを調整し
てコントラストを最大にする。以上の走査を繰り返し、
収束したところを最適の位置とする。
の様な操作が行われる。先ず、異なるレンズの焦点距離
において得られる像のコントラストを求め、当該コント
ラストが最大である位置を求める。非点収差が大きいと
きには極大の位置が２点現れることがあるが、かかる場
合は両者の中間をとる。こうして決定された焦点位置に
おいて、ｘ方向のスティグマタを調整してコントラスト
を最大にする。次いで、ｙ方向のスティグマタを調整し
てコントラストを最大にする。以上の走査を繰り返し、
収束したところを最適の位置とする。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述し
た調整方法には以下の様な問題が生じる。即ち、調整は
作業者の視覚に頼って行う為に作業者の熟練度によって
調整に差が出る。また、人間が行う為に調整に時間がか
かり、試料に必要以上にビームを照射することは試料に
損傷を与えたり、レジスト形状を変化させたりする多く
の場合に好ましくない。更に、試料に方向性がある場合
には補正は難しい。
た調整方法には以下の様な問題が生じる。即ち、調整は
作業者の視覚に頼って行う為に作業者の熟練度によって
調整に差が出る。また、人間が行う為に調整に時間がか
かり、試料に必要以上にビームを照射することは試料に
損傷を与えたり、レジスト形状を変化させたりする多く
の場合に好ましくない。更に、試料に方向性がある場合
には補正は難しい。
【００１０】また、上記非点補正を自動化する方法は現
実の試料では、人間の行う作業に比べて補正できる範囲
が限られており、殆どの場合には非点収差補正は人手に
よるものに劣る。更に、試料が方向性を持つ場合には特
に精度が低下する。
実の試料では、人間の行う作業に比べて補正できる範囲
が限られており、殆どの場合には非点収差補正は人手に
よるものに劣る。更に、試料が方向性を持つ場合には特
に精度が低下する。
【００１１】そして、このような問題は例えばビーム断
面形状が矩形或いは三角形である成形ビーム或いは任意
形状を含むキャラクタービームの場合更に深刻である。
かかる場合、像には試料の情報に加えてビーム形状に伴
う情報も含まれる為、非点収差の補正は更に困難とな
る。
面形状が矩形或いは三角形である成形ビーム或いは任意
形状を含むキャラクタービームの場合更に深刻である。
かかる場合、像には試料の情報に加えてビーム形状に伴
う情報も含まれる為、非点収差の補正は更に困難とな
る。
【００１２】本発明は、上記問題に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、荷電粒子光学鏡筒におい
て非点収差の補正を迅速且つ高精度で行い、試料或いは
ビーム断面形状による精度の低下を防止することにあ
る。
で、その目的とするところは、荷電粒子光学鏡筒におい
て非点収差の補正を迅速且つ高精度で行い、試料或いは
ビーム断面形状による精度の低下を防止することにあ
る。
【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、本発明の第１の態様による荷電粒子光学鏡筒におけ
る非点収差の補正及び焦点合わせ方法は、荷電粒子ビー
ムを試料上に二次元的に走査して得られる二次粒子信号
を、対物レンズの焦点距離が異なる少なくとも二種類の
設定において、抽出する第１のステップと、上記第１の
ステップで抽出された各二次元粒子信号の二次元空間で
の測定量のフーリエ変換をＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)と定
義する第２のステップと、上記第２のステップで定義さ
れたＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)の各絶対値である｜Ｉ(kx,
ky)｜，｜Ｉ’(kx,ky)｜の大小関係によって値が決定さ
れる、各二次粒子信号に対応するフーリエ変換された測
定量の変化の二次元空間における分布を表すＲ(kx,ky)
を算出する第３のステップと、上記第３のステップで算
出されたＲ(kx,ky)のkx-ky平面上での角度θ方向に対し
てｅｘｐ（ｉ２θ）又はｅｘｐ（−ｉ２θ）に比例する
成分が、正の実数Ａ、及び実数αに対して、Ａｅｘｐ
（ｉ（２θ＋α））又はＡｅｘｐ（−ｉ（２θ＋α））
と表される時のαから非点収差の方向を決定する第４の
ステップと、上記実数Ａを最小にするようにスティグマ
タを調整する第５のステップと、を有することを特徴と
する。そして、第２の態様による荷電粒子光学鏡筒にお
ける非点収差の補正及び焦点合わせ方法は、荷電粒子ビ
ームを試料上に二次元的に走査して得られる二次粒子信
号を、対物レンズの焦点距離が異なる少なくとも二種類
の設定において、抽出する第１のステップと、上記第１
のステップで抽出された各二次元粒子信号の二次元空間
での測定量のフーリエ変換をＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)と
定義する第２のステップと、上記第２のステップで定義
されたＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)の各絶対値である｜Ｉ(k
x,ky)｜，｜Ｉ’(kx,ky)｜の大小関係によって値が決定
される、各二次粒子信号に対応するフーリエ変換された
測定量の変化の二次元空間における分布を表すＲ(kx,k
y)を算出する第３のステップと、焦点距離を更に変えて
第三の像のフーリエ変換Ｉ’’(kx,ky)を求め、Ｉ’(k
x,ky)とＩ’’（kx,ky）とから新たにＲ（kx,ky）を求
め、これを符号が反転するまで繰り返し、反転したとき
の焦点距離に基づいて改めてＲ（kx,ky）を求める第４
のステップと、上記 第４のステップで算出されたＲ(kx,
ky)のkx-ky平面上での角度θ方向に対してｅｘｐ（ｉ２
θ）又はｅｘｐ（−ｉ２θ）に比例する成分が、正の実
数Ａ、及び実数αに対して、Ａｅｘｐ（ｉ（２θ＋
α））又はＡｅｘｐ（−ｉ（２θ＋α））と表される時
のαから非点収差の方向を決定する第５のステップと、
上記実数Ａを最小にするようにスティグマタを調整する
第６のステップと、を有することを特徴とする。 さら
に、第３の態様による荷電粒子光学鏡筒における非点収
差の補正及び焦点合わせ方法は、上記Ｒ(kx,ky)が、
に、本発明の第１の態様による荷電粒子光学鏡筒におけ
る非点収差の補正及び焦点合わせ方法は、荷電粒子ビー
ムを試料上に二次元的に走査して得られる二次粒子信号
を、対物レンズの焦点距離が異なる少なくとも二種類の
設定において、抽出する第１のステップと、上記第１の
ステップで抽出された各二次元粒子信号の二次元空間で
の測定量のフーリエ変換をＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)と定
義する第２のステップと、上記第２のステップで定義さ
れたＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)の各絶対値である｜Ｉ(kx,
ky)｜，｜Ｉ’(kx,ky)｜の大小関係によって値が決定さ
れる、各二次粒子信号に対応するフーリエ変換された測
定量の変化の二次元空間における分布を表すＲ(kx,ky)
を算出する第３のステップと、上記第３のステップで算
出されたＲ(kx,ky)のkx-ky平面上での角度θ方向に対し
てｅｘｐ（ｉ２θ）又はｅｘｐ（−ｉ２θ）に比例する
成分が、正の実数Ａ、及び実数αに対して、Ａｅｘｐ
（ｉ（２θ＋α））又はＡｅｘｐ（−ｉ（２θ＋α））
と表される時のαから非点収差の方向を決定する第４の
ステップと、上記実数Ａを最小にするようにスティグマ
タを調整する第５のステップと、を有することを特徴と
する。そして、第２の態様による荷電粒子光学鏡筒にお
ける非点収差の補正及び焦点合わせ方法は、荷電粒子ビ
ームを試料上に二次元的に走査して得られる二次粒子信
号を、対物レンズの焦点距離が異なる少なくとも二種類
の設定において、抽出する第１のステップと、上記第１
のステップで抽出された各二次元粒子信号の二次元空間
での測定量のフーリエ変換をＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)と
定義する第２のステップと、上記第２のステップで定義
されたＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,ky)の各絶対値である｜Ｉ(k
x,ky)｜，｜Ｉ’(kx,ky)｜の大小関係によって値が決定
される、各二次粒子信号に対応するフーリエ変換された
測定量の変化の二次元空間における分布を表すＲ(kx,k
y)を算出する第３のステップと、焦点距離を更に変えて
第三の像のフーリエ変換Ｉ’’(kx,ky)を求め、Ｉ’(k
x,ky)とＩ’’（kx,ky）とから新たにＲ（kx,ky）を求
め、これを符号が反転するまで繰り返し、反転したとき
の焦点距離に基づいて改めてＲ（kx,ky）を求める第４
のステップと、上記 第４のステップで算出されたＲ(kx,
ky)のkx-ky平面上での角度θ方向に対してｅｘｐ（ｉ２
θ）又はｅｘｐ（−ｉ２θ）に比例する成分が、正の実
数Ａ、及び実数αに対して、Ａｅｘｐ（ｉ（２θ＋
α））又はＡｅｘｐ（−ｉ（２θ＋α））と表される時
のαから非点収差の方向を決定する第５のステップと、
上記実数Ａを最小にするようにスティグマタを調整する
第６のステップと、を有することを特徴とする。 さら
に、第３の態様による荷電粒子光学鏡筒における非点収
差の補正及び焦点合わせ方法は、上記Ｒ(kx,ky)が、
【数１】
のうちのいずれかにより定義されることを特徴とする。
また、第４の態様による荷電粒子光学鏡筒における非点
収差の補正及び焦点合わせ方法は、上記Ｒ(kx,ky)の符
号分布が反転する境界を合焦位置として焦点距離を変化
させることを特徴とする。 さらに、第５の態様による荷
電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び焦点合わせ
方法は、上記荷電粒子ビームの試料上の断面形状が、矩
形、三角形、任意形状を含むキャラクタ形状のうちのい
ずれか一つであることを特徴とする。 また、第６の態様
による荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び焦
点合 わせ方法は、上記Ｒ(kx,ky)の符号分布のｅｘｐ
（ｉ２θ）に比例する部分と、ｅｘｐ（ｉ０θ）に比例
する部分とを比較し、前者の絶対値が所定の値以下にな
るように調整することを特徴とする。 そして、第７の態
様による荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び
焦点合わせ方法は、位置ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４，ｚ５
でのイメージを用いて非点補正と焦点合わせを行った結
果、焦点位置がｚ３である場合に、続いて、ｚ２，（ｚ
２＋ｚ３）／２，（ｚ３＋ｚ４）／２，ｚ４でのイメー
ジを用いて補正と焦点合わせを行うことを特徴とする。
また、第４の態様による荷電粒子光学鏡筒における非点
収差の補正及び焦点合わせ方法は、上記Ｒ(kx,ky)の符
号分布が反転する境界を合焦位置として焦点距離を変化
させることを特徴とする。 さらに、第５の態様による荷
電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び焦点合わせ
方法は、上記荷電粒子ビームの試料上の断面形状が、矩
形、三角形、任意形状を含むキャラクタ形状のうちのい
ずれか一つであることを特徴とする。 また、第６の態様
による荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び焦
点合 わせ方法は、上記Ｒ(kx,ky)の符号分布のｅｘｐ
（ｉ２θ）に比例する部分と、ｅｘｐ（ｉ０θ）に比例
する部分とを比較し、前者の絶対値が所定の値以下にな
るように調整することを特徴とする。 そして、第７の態
様による荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及び
焦点合わせ方法は、位置ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４，ｚ５
でのイメージを用いて非点補正と焦点合わせを行った結
果、焦点位置がｚ３である場合に、続いて、ｚ２，（ｚ
２＋ｚ３）／２，（ｚ３＋ｚ４）／２，ｚ４でのイメー
ジを用いて補正と焦点合わせを行うことを特徴とする。
【００１４】
【００１５】
【００１６】
【００１７】このような第１乃至第７の態様による荷電
粒子顕微鏡の非点補正及び焦点合わせ方法においては、
荷電粒子ビームを試料上に走査した時に得られる像のフ
ーリエ変換を異なる焦点距離で求め、それを演算処理す
ることにより、ビーム断面形状の情報のみを取り出すよ
うにしてある。よって、試料の方向性によらず、高精度
に非点収差の方向が求められ、且つ合焦点位置が判る
為、高精度な非点補正及び焦点位置合わせが可能となる
といった作用を奏する。
粒子顕微鏡の非点補正及び焦点合わせ方法においては、
荷電粒子ビームを試料上に走査した時に得られる像のフ
ーリエ変換を異なる焦点距離で求め、それを演算処理す
ることにより、ビーム断面形状の情報のみを取り出すよ
うにしてある。よって、試料の方向性によらず、高精度
に非点収差の方向が求められ、且つ合焦点位置が判る
為、高精度な非点補正及び焦点位置合わせが可能となる
といった作用を奏する。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、図１乃至図３を参照して、
本発明の実施の形態に係る荷電粒子光学鏡筒における非
点収差の補正及び焦点合わせ方法について説明する。い
ま、図２（ａ）に示されるようなパターンｔ(x,y)を有
する試料を観察して得られた像をｉ(x,y)とする。そし
て、かかる試料に照射されたビームの中心が(x0,y0)に
あるときのビームの電流分布がｏ(x-x0,y-y0)で与えら
れると定義し、先に示した図５の検出器１１の信号がビ
ームの電流に比例するとすれば、次式が与えられる。こ
こでは、比例定数を省略しており、更に積分範囲はx,y
方向とも±無限大とすることができる。
本発明の実施の形態に係る荷電粒子光学鏡筒における非
点収差の補正及び焦点合わせ方法について説明する。い
ま、図２（ａ）に示されるようなパターンｔ(x,y)を有
する試料を観察して得られた像をｉ(x,y)とする。そし
て、かかる試料に照射されたビームの中心が(x0,y0)に
あるときのビームの電流分布がｏ(x-x0,y-y0)で与えら
れると定義し、先に示した図５の検出器１１の信号がビ
ームの電流に比例するとすれば、次式が与えられる。こ
こでは、比例定数を省略しており、更に積分範囲はx,y
方向とも±無限大とすることができる。
【００１９】
ｉ(x,y) ＝∫∫ｏ(x-x0,y-y0) ｔ(x0,y0) ｄｘ０ｄｙ０
この式の両辺をフーリエ変換して、ｉ(x,y) ，ｏ(x,y)
，ｔ(x,y) のフーリエ変換を、それぞれＩ(kx,ky) ，
Ｏ(kx,ky) ，Ｔ(kx,ky) とすると、 Ｉ(kx,ky) ＝Ｏ(kx,ky) Ｔ(kx,ky) が与えられる。実用的にはフーリエ変換の積分の範囲
は、ＳＥＭ像領域に限定しても十分な近似が得られるこ
とは勿論である。
，ｔ(x,y) のフーリエ変換を、それぞれＩ(kx,ky) ，
Ｏ(kx,ky) ，Ｔ(kx,ky) とすると、 Ｉ(kx,ky) ＝Ｏ(kx,ky) Ｔ(kx,ky) が与えられる。実用的にはフーリエ変換の積分の範囲
は、ＳＥＭ像領域に限定しても十分な近似が得られるこ
とは勿論である。
【００２０】上記ｏ(x,y) が直交する対称軸をもつ場合
にはＯ(kx,ky) は実数である。仮にＴ(kx,ky) が一様で
あると｜Ｉ(kx,ky) ｜は｜Ｏ(kx,ky) ｜によって決ま
り、図２（ｂ）に示すようになる。
にはＯ(kx,ky) は実数である。仮にＴ(kx,ky) が一様で
あると｜Ｉ(kx,ky) ｜は｜Ｏ(kx,ky) ｜によって決ま
り、図２（ｂ）に示すようになる。
【００２１】さらに、例えばビームの電流分布が、
ｅｘｐ( −(x×kx0)2 ／２−(y×ky0)2 ／２)
に比例するとすると、
【００２２】
【数３】
で与えられるので、Ｏ(kx,ky) からビーム断面形状が推
定できる。
定できる。
【００２３】ところで、実際にはＴ(kx,ky) は一様では
ないため、Ｉ(kx,ky) はＯ(kx,ky)の情報だけでなく、
Ｔ(kx,ky) の情報も含む。いま、レンズの焦点距離が異
なる時に得られる像のフーリエ変換をＩ′(kx,ky) 、ビ
ームの電流分布のフーリエ変換Ｏ′(kx,ky) に対して、
Ｉ(kx,ky) 又はＩ′(kx,ky) が０でないkx，kyに対し
て、 Ｒ(kx,ky)＝Ｒｅａｌ((Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky))／
(Ｉ(kx,ky) ＋Ｉ′(kx,ky))) を定義すると、 Ｒ(kx,ky)＝Ｒｅａｌ((Ｏ(kx,ky) −Ｏ′(kx,ky))／
(Ｏ(kx,ky) ＋Ｏ′(kx,ky))) といった関係が成立する。
ないため、Ｉ(kx,ky) はＯ(kx,ky)の情報だけでなく、
Ｔ(kx,ky) の情報も含む。いま、レンズの焦点距離が異
なる時に得られる像のフーリエ変換をＩ′(kx,ky) 、ビ
ームの電流分布のフーリエ変換Ｏ′(kx,ky) に対して、
Ｉ(kx,ky) 又はＩ′(kx,ky) が０でないkx，kyに対し
て、 Ｒ(kx,ky)＝Ｒｅａｌ((Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky))／
(Ｉ(kx,ky) ＋Ｉ′(kx,ky))) を定義すると、 Ｒ(kx,ky)＝Ｒｅａｌ((Ｏ(kx,ky) −Ｏ′(kx,ky))／
(Ｏ(kx,ky) ＋Ｏ′(kx,ky))) といった関係が成立する。
【００２４】これにより、測定量Ｉ(kx,ky) ，Ｉ′(kx,
ky) と、ビーム電流分布のフーリエ変換Ｏ(kx,ky) ，
Ｏ′(kx,ky) とが直接関係づけられた。Ｒ(kx,ky) の定
義で実数部をとってあるが、数学的にはＯ(kx,ky) が実
数である場合にはこれは不要である。しかし、実用上測
定精度や計算機による計算における誤差からＲ(kx,ky)
が複素数になる場合を処理する為に行っているものであ
る。
ky) と、ビーム電流分布のフーリエ変換Ｏ(kx,ky) ，
Ｏ′(kx,ky) とが直接関係づけられた。Ｒ(kx,ky) の定
義で実数部をとってあるが、数学的にはＯ(kx,ky) が実
数である場合にはこれは不要である。しかし、実用上測
定精度や計算機による計算における誤差からＲ(kx,ky)
が複素数になる場合を処理する為に行っているものであ
る。
【００２５】さて、比例定数（実数）Ａに対し、
Ｏ{kx,ky}＝Ａｅｘｐ（−（kx／kx0）2／２−（kx／ky0）2／２）
とし、
Ｏ’(kx,ky)
＝Ａ’ｅｘｐ（−(kx／kx0’)2／２−（ky／ky0’）2／２）
とする。
【００２６】ここで、
∫∫ｏ(x,y) ｄｘｄｙ＝∫∫ｏ′(x,y) ｄｘｄｙ
より、Ａ＝Ａ′＞０である。
【００２７】いま、ｏ(x,y) がビーム形状が図６（ａ）
に示す様になるときの電流分布、ｏ′(x,y) が図６
（ｂ）に示す様になるときの電流分布であるとすると、
kx＞kx′，ky＜ky′であるから、Ｒ(kx,ky) の符号分布
は図３に示すようになる。
に示す様になるときの電流分布、ｏ′(x,y) が図６
（ｂ）に示す様になるときの電流分布であるとすると、
kx＞kx′，ky＜ky′であるから、Ｒ(kx,ky) の符号分布
は図３に示すようになる。
【００２８】この分布はＴ(kx,ky) によらず、ビームの
電流分布の変化を反映している。ここで得られたＲ(kx,
ky) のkxky平面での分布の角度方向成分Ｂｅｘｐ（２ｉ
θ）を求めるとＢは実数となる。逆に、Ｂが実数であれ
ばビームの断面はｘ或いはｙ方向に変形していることが
判る。同様に、ｘｙ座標系に対して軸が４５度傾いたＸ
Ｙ座標系で電流分布が、
電流分布の変化を反映している。ここで得られたＲ(kx,
ky) のkxky平面での分布の角度方向成分Ｂｅｘｐ（２ｉ
θ）を求めるとＢは実数となる。逆に、Ｂが実数であれ
ばビームの断面はｘ或いはｙ方向に変形していることが
判る。同様に、ｘｙ座標系に対して軸が４５度傾いたＸ
Ｙ座標系で電流分布が、
【００２９】
【数４】
で与えられるとすると、kx，ky空間でもkxky座標系に対
して４５度傾いたＫｘＫｙ座標系で、 Ｏ（Ｋｘ，Ｋｙ）＝Ａｅｘｐ（−（Ｋｘ／Ｋ１）2 ／２
−（Ｋｙ／Ｋ２）2 ／２） として与えられる。
して４５度傾いたＫｘＫｙ座標系で、 Ｏ（Ｋｘ，Ｋｙ）＝Ａｅｘｐ（−（Ｋｘ／Ｋ１）2 ／２
−（Ｋｙ／Ｋ２）2 ／２） として与えられる。
【００３０】この場合には、同様にしてＲ(kx,ky)を求
めると、図３に示す様に各象限で符号が反転する様にな
る。これと同様にして、kxky平面での分布の角度方向成
分Ｂｅｘｐ（２ｉθ）を求めると、ＢはＢ０を正実数と
してＢ０ｅｘｐ（ｉ±π／２）となる。但し、符号は焦
点距離を変えた時のＫ１，Ｋ２の変化によって決まる。
即ち、ビーム断面はｘｙ軸に対して４５度傾いた方向に
変形している。
めると、図３に示す様に各象限で符号が反転する様にな
る。これと同様にして、kxky平面での分布の角度方向成
分Ｂｅｘｐ（２ｉθ）を求めると、ＢはＢ０を正実数と
してＢ０ｅｘｐ（ｉ±π／２）となる。但し、符号は焦
点距離を変えた時のＫ１，Ｋ２の変化によって決まる。
即ち、ビーム断面はｘｙ軸に対して４５度傾いた方向に
変形している。
【００３１】逆に、Ｂの位相がπ／２であればビーム断
面はｘｙ軸に対して４５度傾いた方向に変形しているこ
とが判る。また、先に求めた変形の方向は単にＲ(kx,k
y) の対称軸の方向からも求められる。例えば、
面はｘｙ軸に対して４５度傾いた方向に変形しているこ
とが判る。また、先に求めた変形の方向は単にＲ(kx,k
y) の対称軸の方向からも求められる。例えば、
【００３２】
【数５】
とすると、
Ｒ(kx,ky)＝（１−ｅｘｐ（−（kx／kx0') 2 ／２−（k
y／ky0') 2 ／２＋（kx／kx0)2 ／２−（ky／ky0)2 ／
２））／（１＋ｅｘｐ（−（kx／kx0') 2 ／２−（ky／
ky0') 2 ／２＋（kx／kx0)2 ／２−（ky／ky0)2 ／
２）） と示され、この分布はkx軸，ky軸に関して対称である。
これより、ビーム断面がｘ軸、ｙ軸方向に変形している
ことが判る。
y／ky0') 2 ／２＋（kx／kx0)2 ／２−（ky／ky0)2 ／
２））／（１＋ｅｘｐ（−（kx／kx0') 2 ／２−（ky／
ky0') 2 ／２＋（kx／kx0)2 ／２−（ky／ky0)2 ／
２）） と示され、この分布はkx軸，ky軸に関して対称である。
これより、ビーム断面がｘ軸、ｙ軸方向に変形している
ことが判る。
【００３３】以上述べた内容を一般化して、Ｒ(kx,ky)
のkx，ky平面での分布の角度方向成分Ｂｅｘｐ（２ｉ
θ）を求めたとき、ＢがＢ０を正実数とてＢ０ｅｘｐ
（ｉα）となれば、ビーム断面はｘｙ軸に対して（−α
／２）だけ傾いた方向に変形していることが判る。ま
た、Ｒ(kx,ky) 分布の対称軸がkx軸と成す角度からαを
求めることも可能である。
のkx，ky平面での分布の角度方向成分Ｂｅｘｐ（２ｉ
θ）を求めたとき、ＢがＢ０を正実数とてＢ０ｅｘｐ
（ｉα）となれば、ビーム断面はｘｙ軸に対して（−α
／２）だけ傾いた方向に変形していることが判る。ま
た、Ｒ(kx,ky) 分布の対称軸がkx軸と成す角度からαを
求めることも可能である。
【００３４】以下、図１のフローチャートを参照して、
上記原理に基づく、本実施の形態に係る荷電粒子光学鏡
筒における非点収差の補正及び焦点合わせ方法について
詳細に説明する。
上記原理に基づく、本実施の形態に係る荷電粒子光学鏡
筒における非点収差の補正及び焦点合わせ方法について
詳細に説明する。
【００３５】先ず、荷電粒子光学鏡筒において、荷電粒
子ビームを試料上に二次元的に走査して得られる二次粒
子信号を対物レンズの焦点距離が異なる少なくとも二種
類の設定ｚｆとｚｆ＋Δにおいて抽出する（ステップＳ
１）。
子ビームを試料上に二次元的に走査して得られる二次粒
子信号を対物レンズの焦点距離が異なる少なくとも二種
類の設定ｚｆとｚｆ＋Δにおいて抽出する（ステップＳ
１）。
【００３６】そして、上記ステップＳ１で抽出された各
二次粒子信号の二次元空間でのフーリエ変換をＩ(kx,k
y) ，Ｉ′(kx,ky) と定義する（ステップＳ２）。続い
て、上記ステップＳ２で定義されたＩ(kx,ky) ，Ｉ′(k
x,ky) の各絶対値である｜Ｉ(kx,ky) ｜，｜Ｉ′(kx,k
y) ｜の大小関係により値が決定されるＲ(kx,ky) を算
出する（ステップＳ３）。次に、焦点距離を更にΔ変え
てｚｆ＋２Δで第三の像のフーリエ変換Ｉ″(kx,ky) を
求める。Ｉ´(kx,ky) とＩ″(kx,ky) とから新しいＲ(k
x,ky) （これをＲ２(kx,ky))を計算する。この操作を繰
り返して、Ｒｎ(kx,ky) （Ｒｎ(kx,ky) はｎ回目に求め
たものを意味する）の符号が反転するまでこの操作を繰
り返す。次に、このＲｎ(kx,ky) を求めたときの、焦点
距離をｚｆ0，ｚｆ0 ＋Δとするとき、ｚｆと２ｚｆ0-
ｚｆでの測定から、改めてＲ(kx,ky)を求める（これを
Ｒｆ(kx,ky) と呼ぶ）（ステップＳ４）。
二次粒子信号の二次元空間でのフーリエ変換をＩ(kx,k
y) ，Ｉ′(kx,ky) と定義する（ステップＳ２）。続い
て、上記ステップＳ２で定義されたＩ(kx,ky) ，Ｉ′(k
x,ky) の各絶対値である｜Ｉ(kx,ky) ｜，｜Ｉ′(kx,k
y) ｜の大小関係により値が決定されるＲ(kx,ky) を算
出する（ステップＳ３）。次に、焦点距離を更にΔ変え
てｚｆ＋２Δで第三の像のフーリエ変換Ｉ″(kx,ky) を
求める。Ｉ´(kx,ky) とＩ″(kx,ky) とから新しいＲ(k
x,ky) （これをＲ２(kx,ky))を計算する。この操作を繰
り返して、Ｒｎ(kx,ky) （Ｒｎ(kx,ky) はｎ回目に求め
たものを意味する）の符号が反転するまでこの操作を繰
り返す。次に、このＲｎ(kx,ky) を求めたときの、焦点
距離をｚｆ0，ｚｆ0 ＋Δとするとき、ｚｆと２ｚｆ0-
ｚｆでの測定から、改めてＲ(kx,ky)を求める（これを
Ｒｆ(kx,ky) と呼ぶ）（ステップＳ４）。
【００３７】焦点距離ｚｆ0 でほぼビーム断面は円形と
なっている。Ｒｆ(kx,ky) のkx-ky平面上の角度θに対
してｅｘｐ（ｉ２θ）またはｅｘｐ（−ｉ２θ）に比例
する成分が、正の実数Ａ、及び実数αに対して、Ａｅｘ
ｐ（ｉ（２θ＋α））またはＡｅｘｐ（−ｉ（２θ＋
α））と表される時のαから、非点収差の方向を決定す
る（ステップＳ５）。
なっている。Ｒｆ(kx,ky) のkx-ky平面上の角度θに対
してｅｘｐ（ｉ２θ）またはｅｘｐ（−ｉ２θ）に比例
する成分が、正の実数Ａ、及び実数αに対して、Ａｅｘ
ｐ（ｉ（２θ＋α））またはＡｅｘｐ（−ｉ（２θ＋
α））と表される時のαから、非点収差の方向を決定す
る（ステップＳ５）。
【００３８】次に、α一定の条件下で、スティグマタを
調整する。α一定の条件を満たすスティグマタの作用方
向の決定には例えばスティグマタを異なる方向に微小に
変化させた状態で、上記の方法でαを求めαが変化しな
い方向を求めればよい。スティグマタの調整は上記のＡ
が最小となるように行う（ステップＳ６）。
調整する。α一定の条件を満たすスティグマタの作用方
向の決定には例えばスティグマタを異なる方向に微小に
変化させた状態で、上記の方法でαを求めαが変化しな
い方向を求めればよい。スティグマタの調整は上記のＡ
が最小となるように行う（ステップＳ６）。
【００３９】ここで、Ａを最小にする方法としては、Ａ
の絶対値を直接求める方法と、スティグマタの強度を変
化させたときにＲ(kx,ky) が符号を反転する強度による
方法も可能である。ところで、Ｒｆ(kx,ky) の取り方に
関しては、Ａを比較できるものであれば任意性がある。
例えば、２ｚｆ0-ｚｆの代わりにｚｆ0 をとっても良
い。以上述べた方向により非点収差は補正される。
の絶対値を直接求める方法と、スティグマタの強度を変
化させたときにＲ(kx,ky) が符号を反転する強度による
方法も可能である。ところで、Ｒｆ(kx,ky) の取り方に
関しては、Ａを比較できるものであれば任意性がある。
例えば、２ｚｆ0-ｚｆの代わりにｚｆ0 をとっても良
い。以上述べた方向により非点収差は補正される。
【００４０】尚、焦点合わせを行う場合には、レンズの
焦点距離を変えて、Ｒ(kx,ky)の符号が略反転する境界
を合焦位置として焦点距離を変化させる。以上述べた操
作を実現する様に非点補正回路及び焦点合わせ回路を組
めば、高精度な自動非点補正及び自動焦点合わせが可能
となる。
焦点距離を変えて、Ｒ(kx,ky)の符号が略反転する境界
を合焦位置として焦点距離を変化させる。以上述べた操
作を実現する様に非点補正回路及び焦点合わせ回路を組
めば、高精度な自動非点補正及び自動焦点合わせが可能
となる。
【００４１】尚、ここまでの説明で明らかなように、Ｒ
(kx,ky) の定義はかならずしも上に述べたものである必
要はなく、例えば以下の様な定義も考えられる。 Ｒ(kx,ky) ＝（｜Ｉ(kx,ky) ｜−｜Ｉ′(kx,ky) ｜）／
（｜Ｉ(kx,ky) ｜＋｜Ｉ′(kx,ky) ｜） Ｒ(kx,ky) ＝ｌｎ（｜Ｉ(kx,ky) ｜／｜Ｉ′(kx,ky)
｜） Ｒ(kx,ky) ＝１−｜Ｉ(kx,ky) ｜／｜Ｉ′(kx,ky) ｜ いずれにせよ、Ｏ(kx,ky) の絶対値の変化を反映できる
ものであればよい。
(kx,ky) の定義はかならずしも上に述べたものである必
要はなく、例えば以下の様な定義も考えられる。 Ｒ(kx,ky) ＝（｜Ｉ(kx,ky) ｜−｜Ｉ′(kx,ky) ｜）／
（｜Ｉ(kx,ky) ｜＋｜Ｉ′(kx,ky) ｜） Ｒ(kx,ky) ＝ｌｎ（｜Ｉ(kx,ky) ｜／｜Ｉ′(kx,ky)
｜） Ｒ(kx,ky) ＝１−｜Ｉ(kx,ky) ｜／｜Ｉ′(kx,ky) ｜ いずれにせよ、Ｏ(kx,ky) の絶対値の変化を反映できる
ものであればよい。
【００４２】ｏ(x,y) が対称でない場合にはＯ(kx,ky)
は複素数になり得るが、実用上は殆どの場合に対称であ
ると考えて十分良い近似が得られる。その場合には、 Ｒ(kx,ky) ＝Ｒｅａｌ((Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky))／( Ｉ(kx,ky) ＋Ｉ′(kx,ky))) ＝( Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky))／ (Ｉ(kx,ky) ＋Ｉ′(kx,ky)) Ｒ(kx,ky)＝( ｜Ｉ(kx,ky) ｜−｜Ｉ′(kx,ky) ｜)／
(｜(kx,ky) ｜＋｜Ｉ′(kx,ky) ｜) と等しいので、計算の便宜上Ｒ(kx,ky) の定義として
は、 Ｒ(kx,ky) ＝（｜Ｉ(kx,ky) ｜−｜Ｉ′(kx,ky) ｜）／
（｜(kx,ky) ｜＋｜Ｉ′(kx,ky) ｜） を用いる方が便利である。
は複素数になり得るが、実用上は殆どの場合に対称であ
ると考えて十分良い近似が得られる。その場合には、 Ｒ(kx,ky) ＝Ｒｅａｌ((Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky))／( Ｉ(kx,ky) ＋Ｉ′(kx,ky))) ＝( Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky))／ (Ｉ(kx,ky) ＋Ｉ′(kx,ky)) Ｒ(kx,ky)＝( ｜Ｉ(kx,ky) ｜−｜Ｉ′(kx,ky) ｜)／
(｜(kx,ky) ｜＋｜Ｉ′(kx,ky) ｜) と等しいので、計算の便宜上Ｒ(kx,ky) の定義として
は、 Ｒ(kx,ky) ＝（｜Ｉ(kx,ky) ｜−｜Ｉ′(kx,ky) ｜）／
（｜(kx,ky) ｜＋｜Ｉ′(kx,ky) ｜） を用いる方が便利である。
【００４３】ところで、以上の説明では、ビームの断面
形状が理想的には軸対称である場合、即ちガウシアンビ
ームについて行ってきたが、矩形又は三角断面形状をも
つ成形ビーム又は任意形状をもつキャラクタビームに対
しても適用可能である。
形状が理想的には軸対称である場合、即ちガウシアンビ
ームについて行ってきたが、矩形又は三角断面形状をも
つ成形ビーム又は任意形状をもつキャラクタビームに対
しても適用可能である。
【００４４】いま、ビーム断面の試料上の理想的な形状
がｐ(x,y) で与えられていると仮定すると、実際の電流
分布ｊ(x,y) はビームの大きさが十分小さい場合には、 ｊ(x,y) ＝∫∫ｑ(x-x0,y-y0) ｐ(x0,y0) ｄｘ０ｄｙ０ で示される。ここで、ｑ(x,y) はビームのぼけを示す。
がｐ(x,y) で与えられていると仮定すると、実際の電流
分布ｊ(x,y) はビームの大きさが十分小さい場合には、 ｊ(x,y) ＝∫∫ｑ(x-x0,y-y0) ｐ(x0,y0) ｄｘ０ｄｙ０ で示される。ここで、ｑ(x,y) はビームのぼけを示す。
【００４５】そして、成形ビームを試料上を走査して得
られる像をｉ(x,y) とすると、 ｉ(x,y) ＝∫∫ｊ(x-x0,y-y0) ｔ(x0,y0) ｄｘ０ｄｙ０ となる。
られる像をｉ(x,y) とすると、 ｉ(x,y) ＝∫∫ｊ(x-x0,y-y0) ｔ(x0,y0) ｄｘ０ｄｙ０ となる。
【００４６】この式の両辺をフーリエ変換して、ｊ(x,
y) のフーリエ変換をＪ(kx,ky) とすると、 Ｉ(kx,ky) ＝Ｊ(kx,ky) Ｔ(kx,ky) となる。
y) のフーリエ変換をＪ(kx,ky) とすると、 Ｉ(kx,ky) ＝Ｊ(kx,ky) Ｔ(kx,ky) となる。
【００４７】ここで、ｑ(x,y) ，ｐ(x,y) のフーリエ変
換を、それぞれＱ(kx,ky) ，Ｐ(kx,ky) とすると、 Ｊ(kx,ky) ＝Ｑ(kx,ky) Ｐ（ｋｘ，ｋｙ） となる。従って、 Ｉ（ｋｘ，ｋｙ） ＝Ｑ(kx,ky) Ｐ(kx,ky) Ｔ(kx,ky) であるから上と同様に、 Ｒ(kx,ky)＝（Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky) ）／（Ｉ(kx,k
y) ＋Ｉ′(kx,ky) ） を定義すれば、 Ｒ(kx,ky)＝（Ｑ(kx,ky) −Ｑ′(kx,ky) ）／（Ｑ(kx,k
y) ＋Ｑ′(kx,ky) ） が得られる。ここで、Ｑ′(kx,ky) はＱ(kx,ky) を与え
るのとは異なる焦点距離でのｑ(x,y) のフーリエ変換で
ある。
換を、それぞれＱ(kx,ky) ，Ｐ(kx,ky) とすると、 Ｊ(kx,ky) ＝Ｑ(kx,ky) Ｐ（ｋｘ，ｋｙ） となる。従って、 Ｉ（ｋｘ，ｋｙ） ＝Ｑ(kx,ky) Ｐ(kx,ky) Ｔ(kx,ky) であるから上と同様に、 Ｒ(kx,ky)＝（Ｉ(kx,ky) −Ｉ′(kx,ky) ）／（Ｉ(kx,k
y) ＋Ｉ′(kx,ky) ） を定義すれば、 Ｒ(kx,ky)＝（Ｑ(kx,ky) −Ｑ′(kx,ky) ）／（Ｑ(kx,k
y) ＋Ｑ′(kx,ky) ） が得られる。ここで、Ｑ′(kx,ky) はＱ(kx,ky) を与え
るのとは異なる焦点距離でのｑ(x,y) のフーリエ変換で
ある。
【００４８】このように、成形ビーム又はキャラクタビ
ームの場合の収差はｑ(x,y) に含まれており、ｑ(x,y)
を先のｏ(x,y) と読み変えて先に述べたのと全く同じ方
法で評価することにより、非点収差の補正及び焦点合わ
せが可能となる。
ームの場合の収差はｑ(x,y) に含まれており、ｑ(x,y)
を先のｏ(x,y) と読み変えて先に述べたのと全く同じ方
法で評価することにより、非点収差の補正及び焦点合わ
せが可能となる。
【００４９】
【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
荷電粒子光学鏡筒において非点収差の補正を迅速且つ高
精度で行い、試料或いはビーム断面形状による精度の低
下を防止する荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正
及び焦点合わせ方法を提供することができる。
荷電粒子光学鏡筒において非点収差の補正を迅速且つ高
精度で行い、試料或いはビーム断面形状による精度の低
下を防止する荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正
及び焦点合わせ方法を提供することができる。
【図１】本発明の実施の形態に係る荷電粒子光学鏡筒に
おける非点収差の補正方法を説明するためのフローチャ
ートである。
おける非点収差の補正方法を説明するためのフローチャ
ートである。
【図２】同図（ａ）は試料表面の形状、同図（ｂ）は
（ａ）のフーリエ変換を示す図である。
（ａ）のフーリエ変換を示す図である。
【図３】ビーム断面がｘ軸ｙ軸方向に変形しているとき
の本発明の実施の形態で用いるＲ(kx,ky) の分布を示す
図である。
の本発明の実施の形態で用いるＲ(kx,ky) の分布を示す
図である。
【図４】ビーム断面がｘ軸ｙ軸方向に対して４５度傾い
た方向に変形しているときの本発明の実施の形態で用い
るＲ(kx,ky) の分布を示す図である。
た方向に変形しているときの本発明の実施の形態で用い
るＲ(kx,ky) の分布を示す図である。
【図５】従来技術に係るＳＥＭの構成を示す図である。
【図６】レンズの焦点距離の設定に伴いビーム断面がｘ
軸ｙ軸方向に変形する非点収差が存在するときレンズの
焦点距離の設定を変えたときのビーム断面形状の変化を
示す図である。
軸ｙ軸方向に変形する非点収差が存在するときレンズの
焦点距離の設定を変えたときのビーム断面形状の変化を
示す図である。
【図７】（ａ）矩形の試料表面形状を示す図、（ｂ）ビ
ーム断面形状が図５ａに示されるビームをｘ方向に走査
したときに得られる二次電子信号分布、（ｃ）ビーム断
面形状が図５ａに示されるビームをｙ方向に走査したと
きに得られる二次電子信号分布を示す図である。
ーム断面形状が図５ａに示されるビームをｘ方向に走査
したときに得られる二次電子信号分布、（ｃ）ビーム断
面形状が図５ａに示されるビームをｙ方向に走査したと
きに得られる二次電子信号分布を示す図である。
【図８】非点収差がないときにレンズの焦点距離の設定
を変えたときのビーム断面形状の変化を示す図である。
を変えたときのビーム断面形状の変化を示す図である。
【図９】レンズの焦点距離の設定に伴いビーム断面がｘ
軸ｙ軸に対して４５度傾いた方向に変形する非点収差が
存在するときレンズ焦点距離の設定を変えたときのビー
ム断面形状の変化を示す図である。
軸ｙ軸に対して４５度傾いた方向に変形する非点収差が
存在するときレンズ焦点距離の設定を変えたときのビー
ム断面形状の変化を示す図である。
Ｓ１〜Ｓ６…本発明の方法に係る各ステップ、１…カソ
ード、２…アノード、３…電子銃、４…電子ビーム、５
…コンデンサレンズ、６…対物レンズ、７…絞りマス
ク、８…試料、９…試料台、１０…偏向器、１１…検出
器、１２…走査制御回路、１３…画像表示装置。
ード、２…アノード、３…電子銃、４…電子ビーム、５
…コンデンサレンズ、６…対物レンズ、７…絞りマス
ク、８…試料、９…試料台、１０…偏向器、１１…検出
器、１２…走査制御回路、１３…画像表示装置。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 小野口 一則
大阪府大阪市北区大淀中１丁目１番30号
株式会社東芝関西支社内
(72)発明者 若森 英郎
東京都板橋区蓮沼町75番１号 株式会社
トプコン内
(56)参考文献 特開 平３−194839（ＪＰ，Ａ)
特開 平７−220669（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−202835（ＪＰ，Ａ)
特開 昭48−52467（ＪＰ，Ａ)
特開 昭58−137948（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−237354（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−65659（ＪＰ，Ａ)
特開 昭57−17549（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01J 37/21
G01R 31/302
H01J 37/153
Claims (7)
- 【請求項１】 荷電粒子ビームを試料上に二次元的に走
査して得られる二次粒子信号を、対物レンズの焦点距離
が異なる少なくとも二種類の設定において、抽出する第
１のステップと、 上記第１のステップで抽出された各二次元粒子信号の二
次元空間での測定量のフーリエ変換をＩ(kx,ky)，Ｉ’
(kx,ky)と定義する第２のステップと、 上記第２のステップで定義されたＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,k
y)の各絶対値である｜Ｉ(kx,ky)｜，｜Ｉ’(kx,ky)｜の
大小関係によって値が決定される、各二次粒子信号に対
応するフーリエ変換された測定量の変化の二次元空間に
おける分布を表すＲ(kx,ky)を算出する第３のステップ
と、 上記第３のステップで算出されたＲ(kx,ky)のkx-ky平面
上での角度θ方向に対してｅｘｐ（ｉ２θ）又はｅｘｐ
（−ｉ２θ）に比例する成分が、正の実数Ａ、及び実数
αに対して、Ａｅｘｐ（ｉ（２θ＋α））又はＡｅｘｐ
（−ｉ（２θ＋α））と表される時のαから非点収差の
方向を決定する第４のステップと、 上記実数Ａを最小にするようにスティグマタを調整する
第５のステップと、 を有することを特徴とする荷電粒子光学鏡筒における非
点収差の補正及び焦点合わせ方法。 - 【請求項２】 荷電粒子ビームを試料上に二次元的に走
査して得られる二次粒子信号を、対物レンズの焦点距離
が異なる少なくとも二種類の設定において、抽出する第
１のステップと、 上記第１のステップで抽出された各二次元粒子信号の二
次元空間での測定量のフーリエ変換をＩ(kx,ky)，Ｉ’
(kx,ky)と定義する第２のステップと、 上記第２のステップで定義されたＩ(kx,ky)，Ｉ’(kx,k
y)の各絶対値である｜Ｉ(kx,ky)｜，｜Ｉ’(kx,ky)｜の
大小関係によって値が決定される、各二次粒子信号に対
応するフーリエ変換された測定量の二次元空間における
分布を表すＲ(kx,ky)を算出する第３のステップと、 焦点距離を更に変えて第三の像のフーリエ変換Ｉ’’(k
x,ky)を求め、Ｉ’(kx,ky)とＩ’’（kx,ky）とから新
たにＲ（kx,ky）を求め、これを符号が反転するまで繰
り返し、反転したときの焦点距離に基づいて改めてＲ
（kx,ky）を求める第４のステップと、 上記第４のステップで算出されたＲ(kx,ky)のkx-ky平面
上での角度θ方向に対してｅｘｐ（ｉ２θ）又はｅｘｐ
（−ｉ２θ）に比例する成分が、正の実数Ａ、及び実数
αに対して、Ａｅｘｐ（ｉ（２θ＋α））又はＡｅｘｐ
（−ｉ（２θ＋α））と表される時のαから非点収差の
方向を決定する第５のステップと、 上記実数Ａを最小にするようにスティグマタを調整する
第６のステップと、 を有することを特徴とする荷電粒子光学鏡筒における非
点収差の補正及び焦点合わせ方法。 - 【請求項３】 上記Ｒ(kx,ky)が、 【数１】 のうちのいずれかにより定義されることを特徴とする請
求項１又は請求項２のいずれかに記載の荷電粒子光学鏡
筒における非点収差の補正及び焦点合わせ方法。 - 【請求項４】 上記Ｒ(kx,ky)の符号分布が反転する境
界を合焦位置として焦点距離を変化させることを特徴と
する請求項１乃至３のいずれかに記載の荷電粒子光学鏡
筒における非点収差の補正方法及び焦点合わせ方法。 - 【請求項５】 上記荷電粒子ビームの試料上の断面形状
が、矩形、三角形、任意形状を含むキャラクタ形状のう
ちのいずれか一つであることを特徴とする請求項１乃至
請求項３のいずれかに記載の荷電粒子光学鏡筒における
非点収差の補正及び焦点合わせ方法。 - 【請求項６】 上記Ｒ(kx,ky)の符号分布のｅｘｐ（ｉ
２θ）に比例する部分と、ｅｘｐ（ｉ０θ）に比例する
部分とを比較し、前者の絶対値が所定の値以下になるよ
うに調整することを特徴とする請求項１乃至請求項３の
いずれかに記載の荷電粒子光学鏡筒における非点収差の
補正及び焦点合わせ方法。 - 【請求項７】 位置ｚ１，ｚ２，ｚ３，ｚ４，ｚ５での
イメージを用いて非点補正と焦点合わせを行った結果、
焦点位置がｚ３である場合に、続いて、ｚ２，（ｚ２＋
ｚ３）／２，（ｚ３＋ｚ４）／２，ｚ４でのイメージを
用いて補正と焦点合わせを行うことを特徴とする請求項
１に記載の荷電粒子光学鏡筒における非点収差の補正及
び焦点合わせ方法。
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