JP3654022B2

JP3654022B2 - 荷電粒子線装置

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Publication number: JP3654022B2
Application number: JP36894398A
Authority: JP
Inventors: 篤小原; 正大高
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-12-25
Filing date: 1998-12-25
Publication date: 2005-06-02
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料に荷電粒子線を照射して試料の検査，分析，加工，露光，観察などを行う荷電粒子線装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
電子線やイオン線などの荷電粒子線を試料に照射して試料の検査，分析，加工，露光，像観察などを行うために、荷電粒子線装置が利用される。荷電粒子線には、半導体製造工程においてフォトマスクやウェーハへのパターン形成に使用される電子線露光装置，ウェーハ上に形成されたパターン等の外観検査等に使用される走査型電子顕微鏡，試料の微細加工を行う荷電粒子線加工装置などがある。これらの荷電粒子線装置には、荷電粒子源または荷電粒子線による投影像等を縮小または拡大する電子レンズが備えられている。以下に荷電粒子線装置のうち電子線を用いた走査型電子顕微鏡を例に、電子線の電子レンズで受ける収差とその軸合わせ方法について従来例を説明する。
【０００３】
電子線の軌道は電子レンズによる収束作用を受けるとき、その電子レンズ固有の収差の影響を受ける。その結果、形成される像にぼけ等を発生する。収差の影響の大きさは、電子線のレンズへ入射するときの、レンズ固有の電子光学系軸と垂直な面内での入射位置と電子光学系軸となす入射角度により大きく変化する。電子線の軌道は、レンズに対してその電流中心を含む電子光学系軸と同軸で入射するときに収差より受ける影響を最も小さくすることができる。
【０００４】
電流中心とは、電子線軌道のレンズ電子光学系軸上のその１点を通過するときにレンズ励磁量の変化に対して軌道の変化を生じない調整点を指す。
【０００５】
電子線をレンズの電子光学系軸上にある電流中心の１点を通るように入射位置を調整することは、その評価方法も確立されており、比較的容易に行うことが可能となっていた。しかし、レンズへ入射するときの入射角度は、その評価方法もなく、レンズの電子光学系軸と同軸に合わせることは困難となっていた。
【０００６】
レンズには、斜めに入射する電子線でも収差をある程度小さくするような入射位置が存在する。従来技術では、電子線がレンズの電子光学系の軸に対して斜めに入射しているとき、この原理を用いて、その位置に入射位置を合わせることで像のぼけを小さく抑えていた。しかし、この方法では、収差の種類により完全に除去することが困難なものがあり、分解能の向上にも限界がある。
【０００７】
種々の収差のうち、球面収差はレンズと物点および像点位置，絞り等が決まれば固有のもので、軸ずれを起因として生じるものではない。また、非点収差および像面湾曲収差は非点補正コイルによって施正することが可能である。歪曲収差は像のぼけの原因とはならない。
【０００８】
一方、コマ収差または倍率色収差は、電子線のレンズへの入射角度が任意の値を持つとき、その入射位置を選ぶことで消すことができる。ただし、これらの条件はレンズの電子光学系軸上にある電流中心の１点に電子線を通過するよう軸調整された条件とは必ずしも一致しない。また、各々の条件は全く独立しており、これらを同時に満足することは非常に困難である。従って、電子光学系鏡筒の製作または組み立て等の影響により、電子線のレンズへ入射する角度がレンズの電子光学系軸と平行でないとき、レンズへの入射位置を実際に調整しながら、総合的な収差を小さくする位置、すなわち像質の最も良い位置を探す調整を行っていた。このとき、コマ収差および倍率色収差は、１）一方は０となっていても他方は０でない。２）両者ともに０でないが、両者のトータルの収差は最小となる。のいずれかの状態となっていた。従って、電子線の入射角度をレンズ電子光学系軸と平行とすることができれば、これらの収差を０とすることができる。
【０００９】
一方、以前より上記の軸調整および非点補正を自動で行いたいという操作者の要求はあった。これらに対して、従来技術では二次電子像を画像処理することで行っていた。その方法とは、例えばレンズに対する軸ずれ調整は以下のように行う。すなわち、電子線を特定の調整専用試料に当てて走査し、そのとき形成される二次電子像を画像メモリ等に一旦記憶する。記憶した画像中で、特定のパターンの画像内位置を画像処理により求める。このときのレンズの励磁量と、求めた特定パターンの位置を結び付ける。次にレンズの励磁量をある決まったステップ量のみ変化させ、同様の操作を行うことで、先に位置を求めたパターンの位置をあらたに求める。先に求めた位置との距離差および変化した方向を求め、このときレンズの励磁量の変化した差を関連付けることで、最適なアライメントコイル励磁量を計算し、その値に設定し、調整される。さらに軸ずれの残っているときには、先の変化させた差より小幅な変化量をアライメントコイルに与えて、同様の操作を繰り返す。以上を軸ずれのなくなるまで繰り返し行う。
【００１０】
しかし、上記のようにレンズへの入射角度の評価方法がないので、電子線のレンズへの斜め入射に対しては調整できない。また、二次電子像は信号の対ノイズ比を表わすＳ／Ｎ比の値が低く、画像処理による評価に適した画像を得るために画像の重畳を行わなければならない。そのため、１枚の画像を得るために数秒を要し、各コイルに対して複数の調整値を評価し、さらに複数回のステップに渡り調整を行うと、その評価ステップ数倍および調整ステップ数倍の時間を必要とする。
【００１１】
一方、近年の半導体製造ライン中で、チップ評価用に用いられる走査型電子顕微鏡には高い装置稼動率が求められる。特に、装置の調整作業を行う時間は装置の全く稼動しない時間となり、装置稼動率を大きく低下させる。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、電子光学系鏡筒の製作または組み立て時の誤差により走査型電子顕微鏡のレンズへ入射する電子の入射する角度は場合により異なり、組み立ておよび調整終了後の像質が装置によって大きな違いが生じることがあった。これらは、像質に最も影響を与える対物レンズへ電子の入射する角度の装置間により異なるため、また対物レンズを製作する際の加工誤差および材質の偏りによる電流中心を含む電子光学系軸の位置のばらつき等が存在するために、調整を行った後に残る収差の量に違いのあることに原因がある。これらの装置間の違いを調整によって同等の像質にすることが望まれる。
【００１３】
また、近年の半導体製造ライン中で用いられる検査装置等では、操作者が必ずしも操作に熟練していない。こうした装置の一種である走査型電子顕微鏡には、ますます装置の自動化を求められている。また、走査型電子顕微鏡では、その電子源は常に安定して一定ではなく、使用するにつれて系時変化により位置が変化する。従って、その位置変化をみながら一定の時間間隔を置いて電子光学系鏡筒の軸合わせを含む調整作業を行うことは、長期間に渡り最良の像質で観察を行うために必要不可欠な作業となっている。しかし、一方で半導体製造ライン中で用いられる走査型電子顕微鏡は調整作業等の不稼動時間をも含めたトータルな装置稼動率を高めることが求められている。
【００１４】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、電子光学系の軸調整および非点調整を迅速に安定して自動的に行う。また、レンズへの斜め入射によって生じていた種々の収差を除去することで装置間の違いなく最良の像を得ることを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明では、上記目的を達成するために、荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線を収束する電子レンズと、前記荷電粒子線を偏向する偏向器と、前記荷電粒子線の照射個所に配置されると共に、前記偏向器によって変化する前記荷電粒子線の照射位置を検出する二次元検出器と、当該二次元検出器で得られる前記荷電粒子線の照射位置、及び前記走査偏向器による前記荷電粒子線の偏向範囲の推移に基づいて前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸との差異を検出する検出手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置を提供する。
【００１６】
このような構成によれば、走査偏向器による偏向によって形成される偏向軌道を検出することが可能となり、さらに電子レンズの収束条件を違えた際の偏向位置の違いによって、電子線と電子レンズの相対角度を算出する手段を備えているので、電子レンズの光軸と電子線の光軸の不一致に基づく軸ずれを検出することが可能になる。
【００１７】
本発明の軸ずれの検出原理を、図３を用いてより具体的に説明する。図３は本発明の軸ずれの検出原理を示す図である。なお、この図では荷電粒子線装置の１つである走査形電子顕微鏡を例にとって説明する。
【００１８】
本発明の電子レンズに相当する対物レンズ８と一致した軌道を持つ電子線８３（一点鎖線で図示）は走査偏向器７によって、本発明の二次元検出器に相当する電子線照射位置検出面４１表面上に走査線８５（破線で表示）に沿って走査偏向される。
【００１９】
この際、対物レンズ８の電子線光学軸８０からずれた軌道を持つ電子線８４（実線で表示）は走査偏向器７によって、電子線照射位置検出面４１表面上に太実線矢印で図示された走査線８６に沿って走査偏向される。
【００２０】
この場合、走査線８６は、対物レンズ電子光学軸と一致した軌道を持つときの電子線の描く走査８５からずれた位置に異なる大きさで描かれる。
【００２１】
対物レンズ８の物点を含み電子光学系軸に垂直な面で電子光学軸８０とずれた入射位置を持つ軌道を持つ電子線により描かれる走査線８６の同８５との位置のずれを、例えば走査偏向量を０としたときの電子線の軌道の電子線照射位置検出面４１表面との交点のずれ量（ＤＸ０，ＤＹ０）にて表すことができる。
【００２２】
また、対物レンズ電子光学軸８０と角度ずれを生じている軌道を持つ電子線により描かれる走査線８６では、例えば走査偏向量を０としたときの電子線の軌道の電子線照射位置検出面４１表面との交点を挟んで同じ走査振幅偏向信号を加えたときの実際の電子線の偏向量ＤＰとＤＭは異なる。
【００２３】
これらのずれ量ＤＸ０，ＤＹ０，ＤＰとＤＭの検出値を用いることで、電子線の持つ対物レンズ電子光学軸８０とのずれを知ることができる。
【００２４】
なお、二次元検出器では、照射された電子線により信号を誘起し、その表面上での照射位置を検出し、レンズ軸ずれ等の影響を含んだ電子線の軌道の試料面上での結像位置を求め、結像位置よりレンズ軸ずれ量（電子線と電子レンズの光軸の相対位置ずれ）を算出する。
【００２５】
レンズへ電子線の入射したときの角度は、レンズを通過する軌道の異なる電子線のレンズから受ける収束力の違いにより検出する。
【００２６】
これは、電子線の軌道と電子光学系軸とが平行でないとき、レンズ手前で電子線をもとの軌道に左右均等に走査すると走査幅の中心（走査前の軌道）を挟んで結像位置にアンバランスを生じるのを利用する。
【００２７】
本発明によれば、一次電子線の照射位置の変化によってレンズ軸ずれ量を検出するので、結像のぼけ等の影響を受けにくい。一方、上記従来技術では、二次電子像を一旦は画像メモリ等に取り込んで、画像処理によりレンズ軸ずれ量を検出するので、結像のぼけを原因とする二次電子像のぼけは検出精度に大きく影響する。
【００２８】
本発明では、一次電子線の照射位置を結像スポットの重心位置より求める如き検出原理からなるので、結像スポットの左右または上下均等なぼけの影響は受けない。
【００２９】
従って、上記従来技術ではレンズ軸調整を行う前にある程度の前調整を行っておく必要があったが、本発明ではその必要がないので、ある程度軸ずれの大きいときであっても、容易に軸調整可能であり、また自動軸調整を行うことも容易になる。
【００３０】
更に本発明では、上記目的を達成するために、荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線を収束するための電子レンズと、前記荷電粒子線を走査する走査偏向器と、前記荷電粒子線の照射位置に配置されると共に、前記走査偏向器による走査に対し、間欠的に前記荷電粒子線を遮蔽する遮蔽部を有し、当該遮蔽部を通過した前記荷電粒子線の照射量を検出する二次元検出器と、前記走査偏向器の走査に連動して前記荷電粒子線に対する非点補正量を変更する機能を有する非点補正装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置を提供する。
【００３１】
以上の構成によれば、得られた電子線量に基づいて最適な非点補正量を特定することが可能になる。本発明の遮蔽部を備えた二次元検出器は、荷電粒子線の走査による荷電粒子線の二次元検出器への照射を間欠的に遮断する。即ち荷電粒子線の走査に連動して変化する荷電粒子線量を間欠的に検出することができる。
【００３２】
このように間欠的に得られた荷電粒子線量の時間に対する信号波形を比較することで、最適な非点補正量を得ることが可能になる。
【００３３】
より具体的な手段としては、遮蔽部を備えた二次元検出器上に荷電粒子線を走査させた場合の時間に対する荷電粒子線量の微分信号を検出する。この検出結果は、照射された荷電粒子線の非点量，合焦の度合い、及び他の収差の影響を受ける。そこで、非点補正量を変化させた状態で、その検出結果が最大となる非点補正量を求めることで、最適な非点補正量を得ることが可能になる。
【００３４】
これら軸ずれ、或いは非点補正量の検出は、荷電粒子線をＸ、或いはＹ等、或る特定の方向に独立に走査し、その結果得られる一次元信号をそれぞれ独立に処理する。このときの信号処理は、一次元（一辺）当りＮ個の画素を持っていたとすると、その２倍の２×Ｎ個の画素分に対する計算を行うことで良い。これは従来の二次元画素でＮ×Ｎ個の画素に対して計算を行っていたのと比較して、大幅に信号処理の負担を減らすことが可能になる。またこれは処理の高速化にも寄与する。
【００３５】
なお、二次元検出器上での荷電粒子線の照射位置は回転成分を含む二次元平面上に展開するので、これを回転座標系の半径方向での一次元座標に変換する。
【００３６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を、走査電子顕微鏡を例にとって説明する。
【００３７】
図１は、本発明による荷電粒子線装置の１つである走査型電子顕微鏡の概略構成図である。電子源１より放出された一次電子ビーム（荷電粒子線）はアノード２と電子源１（荷電粒子源）の間の電位差により任意の加速エネルギーＶacまで加速される。Ｖacは一次加速電源２７によって与える。一次電子ビームを収束レンズ３により収束し、試料ステージ１０上の試料９の表面に対物レンズ８によって焦点を結ばせる。
【００３８】
各々のレンズ（電子レンズ）は収束レンズ電源２８および対物レンズ電源３２によって励磁される。一次電子と試料９の材質の相互作用により発生する二次電子を二次電子検出器２１によって検出し、増幅器２２によって信号増幅した後、観察用表示器２３上に輝点として表示する。この輝点の明るさは一次電子ビームが照射された試料９表面からの二次電子量に関係する。
【００３９】
ここで、制御器２６で発生する偏向同期信号ｆによって同期された偏向信号発生器２５は、鋸歯状または任意の波形状の偏向信号電圧を発生する。偏向器駆動回路２４は、この偏向信号電圧に従って一次電子ビームを偏向し、試料９の表面を走査する。偏向器駆動回路２４は、この偏向信号ｆによって偏向器７と同期された観察用表示器２３上では、一次電子ビームによって走査された試料９表面の二次電子像が表示される。一方、電子ビームの電気的軸調整時には電子光学系軸上付近にあらかじめ視野位置設定器（Ｘ方向は１６、Ｙ方向は１７）に設定しておいた視野位置（Ｘps，Ｙps）に軸調整用検出器１１位置（Ｘax，Ｙax）が来るよう、電子ビームの非点調整時には電子光学系軸上付近を示す視野位置（Ｘps,Ｙps）に非点調整検出器１２位置（Ｘst，Ｙst）が来るようにステージコントローラ１３によって試料ステージ１０を移動させる。
【００４０】
自動軸調整を実行時には、軸調整用検出器１１によって検出された軸ずれ量を軸調整用検出器コントローラ３３に信号処理し、その結果を走査型電子顕微鏡全体の制御器２６へ伝える。ここで、制御器２６はあらかじめ軸ずれ合せ目標値設定器１４と軸角度ずれ目標値設定器１５に設定されている軸ずれ目標値ΔＷmin,軸角度ずれ目標値θmin に対して各々相対する軸ずれ量以下にするように第一アライメントコイル５と第二アライメントコイル６を制御する。このとき、第一アライメントコイル５は第一アライメントコイル電源３０によって、第二アライメントコイル６は第二アライメントコイル電源３１によって励磁される。
【００４１】
自動スティグマ調整実行時には、非点調整検出器１２によって検出された非点量を非点調整検出器コントローラ３４に信号処理し、その結果を走定型電子顕微鏡全体の制御器２６へ伝える。ここで、制御器２６は非点量を０とするようにスティグマコイル４を制御する。このとき、スティグマコイル４はスティグマコイル電源２９によって励磁される。
【００４２】
図２は本発明実施例装置における軸ずれ検出の原理を示す図である。第一アライメントコイル５および第二アライメントコイル６による偏向を受けた電子ビームは偏向器７により、電子線照射位置検出器（二次元検出器）表面上を走査する。このとき、電子ビームは対物レンズ８によって電子線照射位置検出面４１表面上に合焦している。
【００４３】
電子線照射位置検出面４１表面での電子線照射位置は、対物レンズ８の近軸領域内であれば理想的には走査偏向信号ＩＤＦに比例した位置となる。これをＷｉ＝（Ｘｉ，Ｙｉ）とする。しかし、対物レンズ８を通過する実際の電子線はレンズ固有の収差による影響を受けてＷpi＝（Ｘpi，Ｙpi）にずれる。ＷｉとＷpiの差は、対物レンズに入射する電子線の入射位置と入射角度の影響を大きく受ける。
【００４４】
例えば、図２のように電子線をＸ方向へＷｉまで連続的に走査偏向すると、実際の電子線照射位置は２点鎖線８２のような曲線を描いてＷpiへ達する。このとき、走査偏向される前の電子線の軌道に対物レンズ８に対して軸ずれを生じて入射したり、対物レンズ８光軸に対してずれた角度にて入射していると、連続的な実際の電子線照射位置を示す２点鎖線８２の曲線は影響を受けて形を変える。
【００４５】
そこで、本発明実施例装置では、偏向器へ与えられる走査偏向信号ＩＤＦの波形に０を境に上下対称な最大走査幅を持つ波形を与える。その時の実際の電子線照射位置Ｗｉと理想的な電子線照射位置Ｗpiの差より、電子線の対物レンズ８に対する軸ずれおよび光軸に対する軸角度ずれを検出する。
【００４６】
電子線照射位置検出面４１上での電子ビームの照射位置は、電子線の照射付近に誘起された電気信号を４隅に配置された電極４２ａ〜４２ｄで検出し、これを軸調整用検出器コントローラ３３にて座標（ｘ，ｙ）に変換する。式１に、電子線照射位置検出面４１の大きさをＬＤＸ×ＬＤＹとしたときの電極信号から座標位置を求める変換式を記す。
【００４７】
【数１】

【００４８】
このようにして求められた座標（ｘ，ｙ）を示す信号ＡＳＸ，ＡＳＹは本体全体の制御器２６に入力される。これら一連の操作によって電子線照射位置Ｗ＝（Ｘ，Ｙ）を求めることができる。
【００４９】
このようにして求めた電子ビーム照射位置は、そのときの偏向器７で与える走査量と対物レンズ８での軸ずれ量の影響を含んでいる。また、電子ビーム軌道は対物レンズで縮小作用を受けるので、その励磁量を例えばＥからＥ−ΔＥへ変化（Ｅ＋ΔＥでも同様）させると、同じ偏向走査量に対して対物レンズ励磁量変更前後での位置差を生じる。そこで、所定の偏向走査量に対してのその位置差より電子線の対物レンズ８に対する軸ずれ量および角度ずれを求める。
【００５０】
図４に対物レンズ励磁量を変えた前後での、同じ走査信号を与えたときの電子ビーム照射位置の変化を示す。ただし、ここではｘ軸方向走査を取り上げてあるが、ｙ軸方向でも同様である。
【００５１】
なお、偏向コイルの作る磁界の座標ｘdif，ｙdifは、通常、軸調整用検出器上の座標ｘdet，ｙdetと一定の角度だけずれている。この値をｒdif とする。その様子を図５に示す。ｒdif はあらかじめ実験またはシミュレーション等によって求めておき、走査位置および方向を求めるときに数２による変換を行うと良い。
【００５２】
【数２】
ｘdif＝ｘdet×cos(ｒdif)＋ｙdet×sin(ｒdif)
ｙdif＝ｙdet×cos(ｒdif)＋ｘdet×sin(ｒdif)
また、ここでは走査信号として三角関数（sinまたはcos）の半波形の組み合わせを与えている。
【００５３】
まず対物レンズ励磁量としてＥを与えたとき、走査中心位置が座標ｗisとなっていたとする。励磁量をＥ−ΔＥへ減らすと、対物レンズ物点位置での電子光学系軸に垂直な面内での位置ずれ量とその方向によって、走査中心位置は座標ｗis＋Δｗへ移動する。このとき、例えば第二アライメントコイルにて位置ずれを補正しようとすると、その動作補正量ＴＴAL₂は次の数３で表わされる。
【００５４】
【数３】

【００５５】
ただし、η₂：第二アライメントコイルの電子ビーム像点の移動に対する動作感度で単位［rad／ＬＳＢ］，ＬＡ₂：対物レンズ物点と第二アライメントコイル動作点の距離。
【００５６】
また、ｋｇおよびｋｈは数４のように定義される。つまり、対物レンズを通過する電子の軌道ｗ(ｚ)は、物点位置での軌道の位置ｗ０と傾きｗ０′をパラメータとして、次式で表わされる。ただし、電子光学系軸をＺ軸に、それと垂直方向にｗ軸を取っている。
【００５７】
【数４】
ｗ(ｚ)＝ｗ０×ｇ(ｚ)＋ｗ０′×ｈ(ｚ)
ｇ(ｚ)およびｈ(ｚ)は対物レンズを通過する電子ビームの軌道を表わす近軸軌道方程式の解（基本軌道）である。ｇ(ｚ)またはｈ(ｚ)は、物点位置Ｚｏと像点位置Ｚｉでの値は数５のようになる。
【００５８】
【数５】
ｇ(ｚｏ)＝１，ｇ′(ｚｏ）＝０，ｈ(ｚｏ）＝０，ｈ′(ｚｏ）＝１
ｇ(ｚｉ)＝Ｍ，ｈ(ｚｉ）＝０
さらに、対物レンズの励磁量をΔＥだけ変化させたときの、像点位置Ｚｉでの基本軌道をｇisまたはｈisは数６で表わされる。
【００５９】
【数６】

【００６０】
この式においてｋｇまたはｋｈを数７のように定義する。
【００６１】
【数７】

【００６２】
上記のように、ｋｇまたはｋｈは対物レンズの電子ビーム軌道に与える影響を表わす係数の一種で、ワーキングディスタンスＷＤが決まると一意に決まる。
【００６３】
ここで、η₂またはｋｇ，ｋｈは予め計算またはシミュレーションまたは実験等によって求めて置くと良い。特にｋｇ，ｋｈは、対物レンズ励磁量Ｅに対してｇ(ｚｉ)＝ｇｉとｈ(ｚｉ）＝ｈｉは図６のように求まるので、電子光学系の設計で決まっている像点位置Ｚinに対して一義的に求まる対物レンズ励磁量Ｅｎでのｇｉとｈｉの傾きより求める。
【００６４】
上記のように求めた動作補正量ＴＴAL₂だけ第二アライメントコイルの励磁設定値を変更する。その結果、電子ビームは対物レンズ８の電流中心を通るようになり、この１点を通過する軸に対象に試料上を走査されるようになる。
【００６５】
また第一アライメントコイルで行うときも同様である。一方、やはり対物レンズ物点位置での電子光学系軸からの傾き量を求めることもできる。これは、電子ビームが傾いているとき、走査振幅の走査中心を挟んで上下でＷＡUおよびＷＡDと異なることより求める。実際には、走査中心位置での誤差混入を防ぐために、対物レンズ励磁量をＥからＥ−ΔＥへ変えたときの振幅量の変化を読み取って、傾き量を求める。詳細は更に後述する。
【００６６】
図７に本発明における軸調整方法の概念図を示す。対物レンズ物点５１を発した電子ビームは、その位置ですでに軸ずれ量ｗ０と傾きθ０を持っている。座標として、対物レンズ物点５１の一面と電子光学系軸の交点を原点Ｏとし、電子光学系軸をｚ軸、それと直角方向をｗ軸とする。ただし、これは回転座標系となっている。例えばｗ＝(ｘｚ，ｙｚ)で表わされるとすると、ｗはその初期座標(ｘ,ｙ）に対して回転角をｒとし、図８のように表わされる。ただし、回転角ｒは数８で表わされる。
【００６７】
【数８】

【００６８】
ただし、Ｖ(ｚ)：電子光学系軸(ｚ軸）上での電子源からの電位分布、Ｂ(ｚ)：電子光学系軸(ｚ軸）上での電子源からの磁界分布。
【００６９】
従って、ｒは一次加速電圧Ｖacを変更することで変化する。ゆえに像点位置での回転角ｒｉは、Ｖacに対する変化をあらかじめ実験またはシミュレーション等によって求めておき図９のようなテーブルとしておくのが良い。
【００７０】
電子ビームは図７中の直線ｌ１：ｗ＝ｖ０×ｚ＋ｗ０で表わされる。ここで、先に述べたように第二アライメントコイルを用いて対物レンズの電流中心点５２を電子ビームの通るように調整する。その結果、電子ビームは第二アライメントコイル６の偏向動作点で折れ曲がり、図中の直線ｌ２となる。
【００７１】
図１０に本発明における対物レンズへ入射する電子ビームの物点位置での入射角度を求めるグラフを示す。図４に示したように、対物レンズの電子光学系軸に対して電子ビームが傾いているとき、走査の走査中心を挟んで上下の振幅ＷＡU およびＷＡD は異なる。これを、対物レンズ励磁量をＥからＥ−ΔＥへ変えたときの振幅量の変化量差として検出し、傾き量を求める。
【００７２】
対物レンズ励磁量が例えばＥであったとき振幅がＷＡU1とＷＡD1であったとする。次に励磁量をＥ−ΔＥとしたとき振幅はＷＡU2とＷＡD2となったとする。すると、振幅の変化量差はΔＷＡU ＝ＷＡU2−ＷＡU1とΔＷＡD ＝ＷＡD2−ＷＡD1となる。これら振幅差ΔＷＡは対物レンズに対する電子ビームの入射角度α０の関数として求められる。
【００７３】
ここで、α０は図７に示すように第二アライメントコイルの動作点から対物レンズ電流中心５２を通る直線ｌ２と電子光学系軸のなす角度である。ΔＷＡの
α０による関数は、あらかじめ軌道計算またはシミュレーションまたは実験等によって図１４のように求めて置く。また、実際には図１５に示すようなテーブル上の離散値として持っておき、その間は例えば直線近似のような方法で求めるのが簡便で良い。
【００７４】
ここで、走査の走査中心軸を挟んで上下の振幅ＷＡU およびＷＡD の異なる理由を図１１を用いて説明する。ここには、前記のように走査幅中心軸の電流中心を通るように調整された後に、偏向器７によって電子線照射位置検出面４１上を走査している状態を示している。このとき走査幅中心軸の対物レンズ電子光学系軸に対して角度α０だけ傾いて入射しているとすると、電子線照射位置検出面
４１上では照射位置のずれとして数９を与えられる。
【００７５】
【数９】

ただし、ｗ02は前記第二アライメントコイルによる軸調整を行った後の対物レンズ物点位置でのあらたな軸ずれ量、ｖ02：同じく軸調整後の物点位置でのあらたな軸傾き。
【００７６】
また、走査幅ｗaｉは数１０で表わされる。
【００７７】
【数１０】
ｗai＝Ｍ×ｗa0
ただし
ｗa0＝(ｚD−ｚO）×（θL−θU）
従って、収差の含まない照射位置ｗpiは数１１で表わされる。
【００７８】
【数１１】
ｗpi＝Ｗi0＋ｗa0
ここで、収差の含まない照射位置ｗpiに対して種々の収差を生じ、それらを全て含んだ照射位置ｗｉを電子線照射位置検出面４１上で検出する。その様子を図１２に示す。なお、歪曲収差を含んだ照射位置ｗｉは数１２で求まる。
【００７９】
【数１２】

【００８０】
ただし、ｗpi＝ｘpi＋ｉ×ｙpiと置くとき、数１３となる。
【００８１】
【数１３】

【００８２】
ＣDは歪曲収差係数を表わし、その値は偏向支点位置ＺD に依存する。そのようすを図１３に示す。通常の像観察のときには、ＣD の非常に小さいＺD1のような位置に偏向支点を置く。
【００８３】
しかし、ここでは、対物レンズへの入射角度α０を上記の歪曲収差量によって検出するので、収差係数の大きな例えばＺD2のような位置に設定すると良い。
【００８４】
ここで入射角度α０を求める。ΔＷＡU とΔＷＡD はすでに求めてあるので、図１４のグラフを破線の矢印の方向に従い各々のときの入射角度をα0Uとα0Dと求められる。ここで走査振幅の走査中心での入射角度α０はこれらの平均として求められる。これを数１４に示す。
【００８５】
【数１４】
α０＝(α0U＋α0D)／２
以上のように求められたα０と電流中心に電子ビームを合わせるために第二アライメントコイルに与えた動作補正量ＴＴAL₂とによって、直線ｌ１の式を求めることができる。破線ｌ２は、電流中心を通りｚ軸に対して角度α０と持つ直線であるので、第二アライメントコイル動作点で、ｌ１とｌ２の交点の座標は（ｗ＝（ＬＯ−ＬＡ₂）×α₀，ｚ＝ＬＡ₂）となる。
【００８６】
また直線ｌ１の電子光学系軸のなす角度θ０はα０と第二アライメントコイル動作補正量η₂×ＴＴAL₂から数１５によって求められる。
【００８７】
【数１５】
θ０＝η₂×ＴＴAL₂−α０
従って直線ｌ２は点（ｗ＝(Ｌ_O−ＬＡ₂)×α₀，ｚ＝ＬＡ₂）を通る傾きθ０＝η₂×ＴＴAL₂−α０の直線として求められるので、その式は数１６となる。
【００８８】
【数１６】
ｘ＝θ０×ｚ＋ｘ０
ただし、
θ０＝η₂×ＴＴAL₂−α０
ｘ０＝{(ＬＯ−ＬＡ₂)×α₀−ＬＡ₂×θ０｝
このようにして求められた直線ｌｉからアライメントコイルに与える動作補正量を決める。例えば、第一および第二アライメントコイルでの動作補正角度を各々Ｔ１，Ｔ２とすると、これらは数１７によって求めることができる。
【００８９】
【数１７】

【００９０】
従って、第一および第二アライメントコイルでの動作補正量ＴAL₁とＴAL₂は次の数１８によって求められる。
【００９１】
【数１８】
ＴAL₁＝Ｔ１／η₁
ＴAL₂＝Ｔ２／η₂
ただし、η₁：第一アライメントコイルのコイル位置での偏向角度に対する動作感度で単位［rad／ＬＳＢ］，η₂：第二アライメントコイルのコイル位置での偏向角度に対する動作感度で単位［rad／ＬＳＢ］。
【００９２】
以上のようにして求めた動作補正量ＴAL₁とＴAL₂を各々第一または第二アライメントコイルに設定することで、電子ビームは対物レンズの電流中心に対して軸ずれ無く、またその入射角度は対物レンズの電子光学系軸と平行に調整することが可能となる。
【００９３】
また、上記の実施例では走査信号として三角関数（sinまたはcos）の半波形を与えているが、例えば、これは図１６のような方形波でも同様な効果を得ることができる。
【００９４】
なお、上記の実施例では、第一アライメントコイルおよび第二アライメントコイルの位置を対物レンズ物点位置と対物レンズの間に置いているが、この位置は物点位置に対して電子源側にあっても同じ効果を期待することができる。
【００９５】
以上一連の軸調整を自動で行うときのステップを図２３から図２６に示す。
【００９６】
［Ｓ００１］
偏向器７によって荷電粒子線の走査偏向開始。
【００９７】
［Ｓ００２］
軸調整用検出器１１(Ｘax，Ｙax)をあらかじめ登録された視野位置（Ｘps，
Ｙps）へステージ１０で移動。
【００９８】
（Ｘax，Ｙax）＝（Ｘps，Ｙps）
［Ｓ００３］
第二アライメントコイル補正量ＴＴAL₂を数３に基づいて求める。
【００９９】
［Ｓ００４］
第二アライメントコイル補正量ＴＴAL₂を設定。
【０１００】
［Ｓ００５］
ΔＷ≦許容値ΔＷmin判断。
【０１０１】
［Ｓ００６］
数１７および数１８に基づいて第一および第二アライメントコイル補正量
ＴＡＬ₁，ＴＡＬ₂を求める。
【０１０２】
［Ｓ００７］
第一および第二アライメントコイル補正量ＴＡＬ₁，ＴＡＬ₂を設定。
【０１０３】
［Ｓ００８］
θ０≦許容値θmin判断。
【０１０４】
［Ｓ００９］
偏向器７による荷電粒子線の走査偏向終了。
【０１０５】
また２つのサブルーチンを持っており、以下に示す。
【０１０６】
サブルーチン１
［ＳＳ００１］
対物レンズ８に励磁量Ｅを設定。
【０１０７】
［ＳＳ００２］
電子線照射位置検出面４１上での電子線照射位置推移を１サイクル（Ｓ１）以上収得。
【０１０８】
［ＳＳ００３］
照射位置Ｗｉを数１に基づいて求める。
【０１０９】
［ＳＳ００４］
対物レンズ８に励磁量Ｅ−ΔＥを設定。
【０１１０】
［ＳＳ００５］
照射位置Ｗisを数１に基づいて求める（Ｗis１）。
【０１１１】
［ＳＳ００６］
電子線照射位置検出面４１上での電子線照射位置推移を１サイクル（Ｓ１）以上収得。
【０１１２】
［ＳＳ００７］
照射位置Ｗisを数１に基づいて求める（Ｗis２）。
【０１１３】
［ＳＳ００８］
偏向偏差ΔＷを検出。
【０１１４】
ΔＷ＝Ｗis２−Ｗis１
サブルーチン２
［ＳＳ００９］
対物レンズ８に励磁量Ｅを設定。
【０１１５】
［ＳＳ０１０］
電子線照射位置検出面４１上での電子線照射位置推移を１サイクル（Ｓ１）以上収得。
【０１１６】
［ＳＳ０１１］
走査振幅ＷＡＵ，ＷＡＤ検出（ＷＡＵ１，ＷＡＤ１）。
【０１１７】
［ＳＳ０１２］
対物レンズ８に励磁量Ｅ−ΔＥを設定。
【０１１８】
［ＳＳ０１３］
走査振幅ＷＡＵ，ＷＡＤ検出（ＷＡＵ２，ＷＡＤ２）。
【０１１９】
［ＳＳ０１４］
ΔＷＡＵ＝ＷＡＵ２−ＷＡＵ１
ΔＷＡＤ＝ＷＡＤ２−ＷＡＤ１
を求める。
【０１２０】
［ＳＳ０１５］
図１５に基づいてα０Ｕ，α０Ｄを求める。
【０１２１】
［ＳＳ０１６］
数１４に基づいてα０を求める。
【０１２２】
［ＳＳ０１７］
数１５に基づいてθ０を求める。
【０１２３】
［ＳＳ０１８］
数１６に基づいてＸ０を求める。
【０１２４】
図１７に本発明での非点補正の概略図を示す。スティグマコイル４（非点補正装置）による何らかの非点補正を受けた電子ビーム６４を偏向器７により、電子線遮蔽パターン６１(遮蔽部）、および電子線照射量検出器６２(二次元検出器）の表面上に走査する。このとき、電子ビーム６４は対物レンズ８によって電子線遮蔽パターン６１または電子線照射量検出器６２表面上に合焦している。
【０１２５】
電子ビームの描く走査波形は、偏向器へ与えられる走査偏向信号ＩＤＦの波形に従っている。走査信号ＩＤＦには、０を境に上下に最大振幅の絶対値の同じ鋸歯状波形を与える。
【０１２６】
ここで、電子線照射量検出器６２上での電子ビームのスポット形状は、通過した電子光学系による影響を受けて楕円等の形状になる非点収差を含んでいる。この非点収差は電子線照射量検出器６２表面上に写される電子線遮蔽パターン６１のパターン像の主にシャープネスに影響を与える。
【０１２７】
そこで、この非点収差をスティグマコイルによって何らかの補正を行ったときの電子線照射量検出器６２からの信号の走査位置移動に従って変化する割合、すなわち信号微分値を求め、その信号微分値の最大値を取るときのスティグマコイル励磁量を知ることで最適なスティグマコイル補正量を求めることが可能となる。
【０１２８】
すなわち、電子ビーム６４は、電子線遮蔽パターン６１および電子線照射量検出器６２の電子線検出面上に合焦されたまま、偏向器７によりｘ方向に繰り返し走査を行う。このときスティグマコイル４での補正動作量を連続的またはステップ的に変化させる。変化する非点収差の影響を受けた電子線照射量検出器６２の信号を増幅器６３にて増幅し、信号ＳＳとして得る。微分回路６５より信号ＳＳの微分値ｄＳＳ／ｄｔを制御器２６は取り込んで、記憶装置６６に対応するスティグマコイル励磁量とともに記憶する。このとき、微分値を結像面での照射位置に対する微分値ｄＳＳ／ｄｗ＝(ｄＳＳ／ｄｔ)／ｗｉ′に変換する。ただし、
ｗｉ′は電子線照射量検出器６２の電子線検出面上での電子ビームの走査速度を表し、近似的に一定値となる。
【０１２９】
これら非点補正関連の信号の様子を図１８に示す。走査信号ＩＤＦに従い電子ビームは、電子線遮蔽パターン６１および電子線照射量検出器６２表面上を走査される。このとき、ｘスティグマコイル動作量をここではステップ状に変化させることで、電子ビームの非点収差量を電子ビーム走査位置の変化とともに変化させる。このステップ時間ｔｓは、電子線遮蔽パターン６１のパターンの１ピッチＰを電子ビームの走査速度ｗｉ′で通過する時間２ 1/2×Ｐ／ｗｉ′より十分に大きい値となるように設定する。像信号ＳＳｘは、電子線遮蔽パターン６１のパターンに合わせて最小値と最大値の間を往復する。
【０１３０】
この最小値と最大値の変化するときの変化量の割合を微分信号ｄＳＳｘ／ｄｔとして得る。微分信号ｄＳＳｘ／ｄｔの最大となるときの、スティグマコイル動作量が最適スティグマコイル動作量ＩＳＴｘ(ｄＳＳｘ／ｄｔ＝max）となるので、これを一旦記憶し、以降の観察の際にスティグマコイル動作量をこの値とする。
【０１３１】
ここで、微分信号ｄＳＳｘ／ｄｔは、ｘ方向に走査したときの微分信号dSSX／ｄｔとｙ方向に走査したときの微分信号ｄＳＳＹ／ｄｔより数１９によって求める。
【０１３２】
【数１９】

【０１３３】
以上の動作をｘスティグマコイルについて行ったときの各信号の記憶結果をテーブルとしたものを図１９に示す。同様の操作をｙスティグマコイルについて行った。テーブルを図２７に示す。
【０１３４】
これらの一連の動作によって電子ビームは迅速に最適な非点収差の補正を自動的に行った状態で、像観察を行うことが可能となる。
【０１３５】
また、上記の実施例では、電子線遮蔽パターン６１のパターン形状は四角であったが、これは図２０のような円形でも同様の効果を得ることは可能である。
【０１３６】
以上一連の非点調整を自動で行うときのステップを図２８から図３１に示す。［Ｓ０１０］
軸調整用検出器１２(Ｘst，Ｙst)をあらかじめ登録された視野位置（Ｘps，
Ｙps)へステージ１０で移動。
【０１３７】
（Ｘst，Ｙst）＝（Ｘps，Ｙps)
［Ｓ０１１］
スティグマコイルＸ補正量ＩＳＴｘを初期値に設定。
【０１３８】
［Ｓ０１２］
偏向器７によって荷電粒子線のＸ方向走査偏向開始。
【０１３９】
［Ｓ０１３］
スティグマコイルＸ補正量ＩＳＴｘを一段階上げる。
【０１４０】
［Ｓ０１４］
ｄＳＳＸ／ｄｔの取り込み。
【０１４１】
［Ｓ０１５］
（ＩＳＴｘ，ｄＳＳＸ／ｄｔ）の記録。
【０１４２】
［Ｓ０１６］
スティグマコイルＸ変化終了か否かを判断。
【０１４３】
［Ｓ０１７］
偏向器７によって荷電粒子線のＸ方向走査偏向終了。
【０１４４】
［Ｓ０１８］
スティグマコイルＸ補正量ＩＳＴｘを初期値に設定。
【０１４５】
［Ｓ０１９］
偏向器７によって荷電粒子線のＹ方向走査偏向開始。
【０１４６】
［Ｓ０２０］
スティグマコイルＸ補正量ＩＳＴｘを一段階上げる。
【０１４７】
［Ｓ０２１］
ｄＳＳＹ／ｄｔの取り込み。
【０１４８】
［Ｓ０２２］
（ＩＳＴｘ，ｄＳＳＹ／ｄｔ）の記録。
【０１４９】
［Ｓ０２３］
スティグマコイルＸ変化終了か？判断。
【０１５０】
［Ｓ０２４］
偏向器７によって荷電粒子線のＹ方向走査偏向終了。
【０１５１】
［Ｓ０２５］
テーブルＴＢＬ＿ＩＳＴｘ作成（図１９）。
【０１５２】
［Ｓ０２６］
ｄＳＳＹ／ｄｔの最大となるときのＩＳＴｘをＴＢＬ＿ＩＳＴｘに基づいて求める（ＩＳＴｘ＿ｍａｘ）。
【０１５３】
［Ｓ０２７］
スティグマコイルＸ補正量ＩＳＴｘ＿ｍａｘを設定。
【０１５４】
［Ｓ０２８］
スティグマコイルＹ補正量ＩＳＴｙを初期値に設定。
【０１５５】
［Ｓ０２９］
偏向器７によって荷電粒子線のＸ方向走査偏向開始。
【０１５６】
［Ｓ０３０］
スティグマコイルＹ補正量ＩＳＴｙを一段階上げる。
【０１５７】
［Ｓ０３１］
ｄＳＳＸ／ｄｔの取り込み。
【０１５８】
［Ｓ０３２］
（ＩＳＴｙ，ｄＳＳＸ／ｄｔ）の記録。
【０１５９】
［Ｓ０３３］
スティグマコイルＹ変化終了か否かを判断。
【０１６０】
［Ｓ０３４］
偏向器７によって荷電粒子線のＸ方向走査偏向終了。
【０１６１】
［Ｓ０３５］
スティグマコイルＹ補正量ＩＳＴｙを初期値に設定。
【０１６２】
［Ｓ０３６］
偏向器７によって荷電粒子線のＹ方向走査偏向開始。
【０１６３】
［Ｓ０３７］
スティグマコイルＹ補正量ＩＳＴｙを一段階上げる。
【０１６４】
［Ｓ０３８］
ｄＳＳＹ／ｄｔの取り込み。
【０１６５】
［Ｓ０３９］
（ＩＳＴｙ，ｄＳＳＹ／ｄｔ）の記録。
【０１６６】
［Ｓ０４０］
スティグマコイルＹ変化終了。
【０１６７】
［Ｓ０４１］
偏向器７によって荷電粒子線のＹ方向走査偏向終了。
【０１６８】
［Ｓ０４２］
テーブルＴＢＬ＿ＩＳＴｙ作成（図２０）。
【０１６９】
［Ｓ０４３］
ｄＳＳＹ／ｄｔの最大となるときのＩＳＴｙをＴＢＬ＿ＩＳＴｙに基づいて求める（ＩＳＴｙ＿ｍａｘ）。
【０１７０】
［Ｓ０４４］
スティグマコイルＹの補正量ＩＳＴｙをＴＢＬ−ＩＳＴｙに基づいて求める。以上の実施例で用いて来た軸調整用検出器１１，非点調整用検出器１２について述べる。
【０１７１】
軸調整用検出器１１の一種を図２１に示す。図中の矢印進行方向から来た一次電子ｅ- はＭＣＰ（マイクロチャンネルプレート）７１に入力すると大きな増幅作用を受け、さらにＭＣＰ７１と重なり位置するＰＳＤ７２で検出される。そのときＰＳＤ７２では、ＭＣＰ７１に一次電子の入力した位置に対応した位置信号を出力する。ＭＣＰ７１は必要とされる増幅作用の大きさに応じて複数枚を重ねるのが良い。ＭＣＰ７１の重ねる枚数を増やせば増幅作用はより大きくなる。
【０１７２】
また、これらＭＣＰとＰＳＤは下パッケージ７４と上パッケージ７５によって挟む等の方法により固定される。ＭＣＰおよびＰＳＤの入出力および電源の供給は出入力ピン７３を通して行われる。
【０１７３】
一方、ＰＳＤ７２とは、シリコンフォトダイオードをプレート状に成形し、その端に電極を設けてある。光等の荷電粒子がプレート上に入力すると、その照射位置に比例した信号を各端に設けた電極から発生させる。その構造の一種の概略図を図２２に示す。破線で示されたプレート上には仮想的にポジショニング抵抗Ｒｐと補正用周辺抵抗Ｒｂを配置されている。
【０１７４】
プレート上に入力した荷電粒子はその発生信号をポジショニング抵抗上の入力位置の分割比によって、例えばＸ方向では電極Ｘ１とＸ２に出力する。
【０１７５】
一方、非点調整用検出器１２にはＭＣＰ等を用いるのがサイズ的な問題等により有利である。
【０１７６】
ここでは、走査型電子顕微鏡を例にとって説明したが、本発明は走査型電子顕微鏡に限らず、荷電粒子線加工装置，電子線露光装置等の荷電粒子線露光装置，走査型イオン顕微鏡など、他のタイプの荷電粒子線装置に対しても同様に適用することができる。
【０１７７】
【発明の効果】
本発明によると、最適な軸調整状態および非点補正状態に迅速に自動的に合わせることが可能とる。また併せて、装置の調整時間をも含めた装置稼動率の向上を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による走査型電子顕微鏡の概略構成図。
【図２】本発明実施例装置による軸調整の概略図。
【図３】本発明による軸調整の原理を示す図。
【図４】対物レンズ励磁量の変化と電子ビーム照射位置の変化を示す図。
【図５】走査座標系と検出器座標系の関係を示す図。
【図６】対物レンズの基本軌道ｇおよびｈの像点位置での値とレンズ励磁量の関係を示す図。
【図７】本発明における軸調整方法の概念図。
【図８】電子光学系軸の回転座標系を示す図。
【図９】一次加速電圧と電子光学系回転座標系の回転量の関係を示す図。
【図１０】対物レンズへ入射する電子ビームの物点位置での入射角度を求めるグラフ。
【図１１】対物レンズへの斜め入射時の電子ビーム照射位置を求める図。
【図１２】収差を含む電子ビーム照射位置を求める図。
【図１３】偏向支点位置と歪曲収差係数の関係を示す図。
【図１４】信号振幅差ΔＷＡと対物レンズへ電子ビーム入射角度α０の関係を示すグラフ。
【図１５】信号振幅差ΔＷＡと対物レンズへ電子ビーム入射角度α０の関係を示すテーブル。
【図１６】本発明での走査信号の一種。
【図１７】本発明による非点補正装置の概略図。
【図１８】非点補正に関連する信号の変化を示す図。
【図１９】スティグマコイル動作量と微分信号の関係を示すテーブル。
【図２０】本発明での電子線遮蔽物パターンの一種。
【図２１】本発明での軸調整用検出器の一種。
【図２２】本発明での位置検出器の一種。
【図２３】本発明での自動軸調整のシーケンスの一例を示す図。
【図２４】本発明での自動軸調整のシーケンスの一例を示す図。
【図２５】本発明での自動軸調整のシーケンスの一例を示す図。
【図２６】本発明での自動軸調整のシーケンスの一例を示す図。
【図２７】Ｙスティグマコイル動作量と微分信号の関係を示すテーブル。
【図２８】本発明での自動非点調整のシーケンスの一例を示す図。
【図２９】本発明での自動非点調整のシーケンスの一例を示す図。
【図３０】本発明での自動非点調整のシーケンスの一例を示す図。
【図３１】本発明での自動非点調整のシーケンスの一例を示す図。
【符号の説明】
１…電子源、２…アノード、３…収束レンズ、４…スティグマコイル、５…第一アライメントコイル、６…第二アライメントコイル、７…偏向器、８…対物レンズ、９…試料（ウェーハ）、１０…試料ステージ、１１…軸調整用検出器、
１２…非点調整用検出器、１３…ステージコントローラ、１４…軸ずれ合せ目標値設定器、１５…軸角度ずれ目標値設定器、１６…視野位置Ｘ設定器、１７…視野位置Ｙ設定器、２１…二次電子検出器、２２…増幅器、２３…観察用表示器、２４…偏向器駆動回路、２５…偏向信号発生器、２６…制御器、２７…一次加速電源、２８…収束レンズ電源、２９…スティグマコイル電源、３０…第一アライメントコイル電源、３１…第二アライメントコイル電源、３２…対物レンズ電源、３３…軸調整用検出器コントローラ、３４…非点調整用検出器コントローラ、４１…電子線照射位置検出面、４２…電極、４３…Ｘ軸差動器、４４…Ｙ軸差動器、５１…対物レンズ物点、５２…対物レンズ電流中心、６１…電子線遮蔽パターン、６２…電子線照射量検出器、６３…増幅器、６４…電子ビーム、６５…微分回路、６６…記憶装置、７１…ＭＣＰ、７２…ＰＳＤ、７３…出入力ピン、
７４…下パッケージ、７５…上パッケージ。

Claims

荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出された荷電粒子線を収束する電子レンズと、前記荷電粒子線を偏向する偏向器と、前記荷電粒子線の照射個所に配置されると共に、前記偏向器によって変化する前記荷電粒子線の照射位置を検出する二次元検出器と、当該二次元検出器で得られる前記荷電粒子線の照射位置、及び前記偏向器によって前記二次元検出器上で前記荷電粒子線を走査したときに得られる前記荷電粒子線の偏向軌道の変化に基づいて、前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸との差異を検出する検出手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１において、
前記検出手段は、前記偏向器の非動作状態の前記荷電粒子線の照射位置情報、及び前記偏向器による前記荷電粒子線の偏向の対称性に基づいて、前記荷電粒子線と前記電子レンズ光軸との差異を検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１において、
前記検出手段は、前記偏向器の非動作状態における前記荷電粒子線照射位置と、前記偏向器によって前記荷電粒子線を一次元走査した場合の前記荷電粒子線の走査方向への位置ずれに基づいて、前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸との差異を検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１乃至３のいずれかにおいて、
前記電子レンズは、少なくとも２以上の収束条件を有し、前記検出手段は前記電子レンズにおいて異なる収束条件を設定したときの前記偏向器による前記荷電粒子線の偏向軌道の変化に基づいて前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸の差異を検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１乃至４のいずれかにおいて、
前記偏向器による荷電粒子線の偏向は少なくとも２方向について行われ、前記検出手段は、前記２方向に対する偏向に対してそれぞれ前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸との差異を検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１乃至５のいずれかにおいて、
前記検出手段によって検出される前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸との差異を補正するためのアライメント手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１乃至６のいずれかにおいて、
前記検出手段によって検出される前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸との差異を補正するための前記アライメント手段を２段以上の偏向器によって構成することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１乃至７のいずれかにおいて、
前記検出手段によって検出される前記荷電粒子線と前記電子レンズの光軸との差異を前記アライメント手段によって自動的に補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１乃至８のいずれかにおいて、
前記二次元検出器は、前記偏向器による走査に対し、間欠的に前記荷電粒子線を遮蔽する遮蔽部を有し、当該遮蔽部を通過した前記荷電粒子線の照射量を検出するように構成され、前記偏向器の走査に連動して前記荷電粒子線に対する非点補正量を変更する機能を有する非点補正装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項９において、前記遮蔽部は前記走査偏向器の少なくとも２方向への走査に対し、前記荷電粒子線を間欠的に遮断するように形成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項９において、前記非点補正装置は、前記二次元検出器に間欠的に導入される荷電粒子線量をそれぞれ微分して、当該微分値が最大となったときの前記非点補正量を非点補正値として採用することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項９乃至１１のいずれかにおいて、前記走査偏向器による走査は少なくとも２方向について行われることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項９乃至１２のいずれかにおいて、前記非点補正装置による非点補正動作を自動的に行うことを特徴とする荷電粒子線装置。