JP5603421B2 - 自動収差補正法を備えた荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は収差補正器を搭載した荷電粒子線装置に係り、特に、該荷電粒子線装置における収差補正器調整方法に関する。

走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)やイオンビーム加工装置(ＦＩＢ)などの収束荷電粒子線(プローブビーム)を用いる装置においては、プローブで試料上を走査することにより、観察画像や試料の加工を行う。これら荷電粒子線装置の分解能や加工精度は、プローブ断面の大きさ(プローブ径)によって決まり、原理的には、これが小さいほど、分解能や加工精度を高めることができる。ところで、近年、荷電粒子線装置向けの収差補正器の開発が進められ、その実用化が進んでいる。収差補正器においては、多極子レンズを用いて回転対称でない電場、磁場をビームに印加することで、プローブビームに対して逆収差を与える。これにより、光学系の対物レンズや偏向レンズなどで発生する球面収差、色収差などの各種収差をキャンセルすることができる。

従来の荷電粒子線装置の光学系においては、軸回転対称なレンズが使用されており、原則的には、各レンズの軸、絞りの軸を合わせ、対物レンズのフォーカスと非点を調整すれば、プローブ径を極小値に調整することができた。また、フォーカス調整と非点補正を行う際には、フォーカスを変えた条件でプローブの画像を取得し、画像の先鋭度を最低限２方向で比較しながら、先鋭度の一番高いところを選ぶことで調整を行っていた。

一方、収差補正器を備えた荷電粒子線装置においては多極子レンズを用いた収差補正器によって回転対称でない電場、磁場を印加する。これにより、これらの装置においては従来の回転対称光学系では影響を及ぼさない高次の収差の影響が顕著になる。装置の性能を最大限に引き出すためには、これらの収差も含めてビームに含まれる収差の種類（収差成分）と各収差成分の量を正確に計測し、収差補正器の極子電場及び磁場を適切に調整することで全ての収差成分を除去しなければならない。

収差を測定する方法の１つとして、測定しようとする光学系に対して、光軸に対し傾斜した電子線を入射させた状態で画像を撮影し、傾斜電子線による試料画像の移動量を測定し、傾斜条件の変化に伴う移動量の変化から収差の大きさ(収差係数)を計算して求める方法が知られている（例えば、非特許文献１を参照）。光軸上を通過する電子線に対して傾斜した電子線を入射させると、光学系に含まれる収差の大きさに応じて電子線の試料上における到達位置が変化し、試料画像の視野ずれが発生する。この視野ずれの大きさと方向は光学系に含まれる収差の大きさ、種類、傾斜角度及び傾斜方向の関数になっている。このため、複数の傾斜角度及び傾斜方向において電子線傾斜前の画像と傾斜後の画像の相関演算を行い、２つの画像の画素ずれ量から電子線傾斜による視野ずれの大きさ及び方向を測定し、画像移動の軌跡を表す曲線(収差図形)の式を求めれば、その式の係数から収差係数を求めることができる。

Ultramicroscopy38 (1991)、pp.235-240

収差を正確に測定するためには、複数の方向からビーム傾斜した画像が必要である。
一般に、収差図形は光学系に含まれる全ての回転対称及び非回転対称な収差の重ね合わせを反映するため、複雑な曲線を描く。従って、これを正確にトレースするためには、多くの傾斜方向から画像を撮影する必要があり、原理的には画像枚数は多いほど正確な収差図形を得ることができ、収差係数の測定精度が向上する。しかし、実際には画像枚数を多くすればするほど、移動量の計算、或いはスキャン及び保存といった画像取得そのものに時間がかかるという問題がある。

しかしながら、収差補正器を用いた収差補正においては、補正器の調整のために何度も測定と補正器の電源値変更を繰り返すことが多い。これは、収差補正器の電源値を動かす際、電源の安定度や収差補正器の工作精度に起因する場の不均一により、高次の収差(寄生収差)が発生するため、これらの収差をその都度、補正器内部で相殺しつつ、対物レンズの球面収差を小さくする必要があるためである。このことから、収差測定１回に要する時間はできるだけ短く済むことが望ましい。

そこで、このような課題を解決するために、本発明の目的は、収差補正器を搭載した荷電粒子線装置において、収差を測定する際の演算量を抑えつつ精度よく収差計測を行うことを実現し、結果的に補正全体に要する時間の短縮を可能とすることである。

上記課題を解決するために、本発明の荷電粒子線装置の主たるものは、
１）電子線を放射する電子線源と、電子線を試料に照射する電子光学系と、電子線が照射されて試料から放出される電子線を検出する電子線検出部と、回転対称でない電場および磁場を印加することにより収差成分を除去する収差補正器と、収差補正器の電子線源側に配置され、電子光学系を通過する電子線の進路を制御する偏向器とを備え、偏向器を用いて、試料へのビーム傾斜角および方位角を変化させた傾斜ビームを所定のパターンを有する試料上に走査して、異なる傾斜ビームで複数の画像を取得し、複数の画像の一つを所定のパターンを含み他の一つ画像の領域より狭い範囲で切り出した画像を参照画像とし、該参照画像と該他の一つ画像との差分に基づいて、収差量を算出する手段を有することを特徴とする。
２）あるいは、電子線源から放射された電子線を試料に照射する電子光学系と、電子線が照射されて試料から放出される電子線を検出する電子線検出部と、回転対称でない電場および磁場を印加することにより収差成分を除去する収差補正器と、収差補正器の前記電子線源側に配置され、電子光学系を通過する電子線の進路を制御する偏向器とを備え、電子線検出部により検出される二次荷電粒子信号に基づいて、二次元輝度分布情報を取得する手段と、偏向器を用いて設定される光学条件を変えて試料に対する複数の二次元輝度分布情報を取得する手段と、複数の二次元輝度分布情報から、異なる光学条件で取得された試料に対する画像間の視野ずれ量を算出する手段を備えることを特徴とする。
３）あるいは、電子線源から放射された電子線を試料に照射する電子光学系と、電子線が照射されて試料から放出される電子線を検出する電子線検出部と、回転対称でない電場および磁場を印加することにより収差成分を除去する収差補正器と、収差補正器の前記電子線源側に配置され、電子光学系を通過する電子線の進路を制御する偏向器とを備え、電子線検出部により検出される一次荷電粒子信号に基づいて、一次元輝度分布情報を取得する手段と、偏向器を用いて設定される光学条件を変えて試料に対する複数の一次元輝度分布情報を取得する手段と、複数の一次元輝度分布情報から、異なる光学条件で取得された試料に対する画像間の視野ずれ量を算出する手段を備えることを特徴とする。

すなわち、本発明では、(１)視野ずれを測定する際に基準となる第1の画像と第２の画像の画素数或いは解像度を変え、大まかな視野ずれによる移動先を求める。その後、第１の画像と第２の画像の画素数或いは解像度を同条件にし、精密に視野ずれ量を測定する。或いは、(２)水平方向と垂直方向にラインを持つ試料を１次元スキャンし、信号位置のずれから移動量を測定する。

画像処理演算において、差分演算は画素数ｎに比例するが、相関演算はｎの２乗に比例する。したがって、第１の画像を第２の画像に対して小さく切り出し、あらかじめ差分演算で視野ずれの概略位置を把握することで、時間のかかる相関演算の計算量を削減することができる。

本発明によれば、収差補正器を搭載した荷電粒子線装置において、収差を測定する際の演算量を抑えつつ精度よく収差計測を行うことを実現し、結果的に補正全体に要する時間の短縮を可能とする。

本発明をSEMに適用した場合のシステム構成図。 本発明を適用した場合の収差補正の全体フロー図。 ビーム傾斜による試料画像の変化を表す図。 ビーム傾斜による試料画像の変化を表す図。 実施例１で使用する試料画像を表す図。 実施例１で使用する試料画像を表す図。 実施例１で使用する試料画像を表す図。 実施例１で使用する試料画像を表す図。 実施例１で使用する試料画像を表す図。 実施例１で使用する試料画像を表す図。 実施例２で使用する試料画像を表す図。 実施例２で使用する試料画像を表す図。 ラプラシアンフィルタの例を示す図。 差分演算時の演算量削減方法を示す図。 実施例３で使用する試料画像の例を示す図。 ビーム傾斜による試料画像及びビームプロファイルの変化を示す図。 ビーム傾斜による試料画像及びビームプロファイルの変化を示す図。 実施例３で使用する試料画像の例を示す図。 実施例３で使用する試料画像の例を示す図。 実施例３で使用する試料画像の例を示す図。 本発明を測長ＳＥＭに適用した場合のシステム構成図。 本発明の操作画面を表すＧＵＩ図。

発明の一実施形態として、４極子−８極子系の電磁界重畳型収差補正器を備えた走査型電子顕微鏡(ＳＥＭ)での実施形態について詳細を説明する。図１に、収差補正器4を搭載したＳＥＭのシステム概略図を示す。本実施例で説明する収差補正器4は多極子レンズを複数段備えており、高次の収差補正が可能である。図１に示すＳＥＭにおいて、ＳＥＭカラム100内の電子銃1から放出された電子線はコンデンサレンズ2、２段偏向コイル3を通過したのち収差補正器4に入射する。ここで、２段偏向コイル3に代えて、静電偏向器を用いても良い。収差補正器4を通過した電子線（図示せず）はコンデンサレンズ5で縮小され、対物レンズ7を通過し、走査コイル6によって試料台8上の試料9を走査する。試料9より放出された２次電子や反射電子などの二次荷電粒子（図示せず）は検出器10により二次荷電粒子信号として検出され、信号増幅、Ｄ／Ａ変換などを行う画像形成部11を経て輝度分布方式の画像データに変換され、画像表示装置12へと出力される。また、輝度分布データは制御ＰＣ101内のメモリ13に蓄積される。

また、本発明におけるＳＥＭは対物レンズ物点へのビーム入射を対物レンズ光軸に対し傾斜させることのできる機能を有している。たとえば、本実施例のＳＥＭは収差補正器4上方に２段偏向器3を有しており、これによって電子ビームの中心軸が対物レンズに対し傾斜角τと方位角θを有した電子ビームを作り出すことができる。ビームの傾斜と方位角に関するデータはPC内のメモリに格納され、収差補正データの取得時などに参照される。

ここで、画像の移動量16から収差係数17を求める方法について概説する。物点に対してビームをある一定の傾斜角を持った状態で照射させると、ビームの傾斜により電子線に光路差が発生し、試料画像にはビーム傾斜による収差が加わる。一般に、収差による光路差を表す関数をχ（ω）とすると、χ（ω）は、複数の次数の収差係数を用いて解析的に表現することができる。ここで、χ（ω）を３次までの収差係数について書き下すと、式（１）で表される。

式（１）において、Ａ_０、Ｃ_１、Ａ_１、Ｂ_２、Ａ_２、Ｃ_３、Ｓ_３、Ａ_３はそれぞれ、像移動、デフォーカス、２回対称非点収差、軸上コマ収差、３回対称非点収差、３次の球面収差、スター収差、４回対称非点収差を表す。また、ωは物面上の複素座標を表す。
ここで、入射電子ビームを傾斜角でτ傾けると、χ（ω）は以下の式（２）のように書くことができる。なお、傾斜角τは複素数で表現されるものとする。

(式２)において、Ａ_０（τ）、Ｃ_１（τ）…は、それぞれ電子ビームを傾斜角τだけ傾斜させたときの収差係数17を表す。ビーム傾斜時の各収差係数は、電子線の傾斜角τと、ビーム傾斜をしないときの収差係数の和によって表される。たとえば、３次までの収差係数を考慮した場合、傾斜によって現れる像移動は以下の様に表される。

(式３)から明らかなように、Ａ_０（τ）には、傾斜前の３次までの収差係数が全て含まれている。すなわち、Ａ_０（τ）の関数形と、いくつかの傾斜条件におけるＡ_０（τ）の値が分かれば、関数フィッティングによって収差係数を求めることができる。
次に傾斜させた電子ビームの照射方向を複素数表示で表現すると、傾斜角τは、レンズ光軸に対する傾斜角ｔとレンズ面に入射する方位角φから（式４）と表すことができる。

これを(式３)に代入して整理すると最終的に(式３)は、

の形で書くことができる。ここでｍ_ｋ(ｔ)は、ビーム傾斜前の各収差とtの線形結合から成る式で表される係数である。従って、ある傾斜角tにおいていくつかの方位角φについてＡ_０（τ）を測定し、関数フィッティングを行うことにより、ｍ_ｋ(ｔ)を求めることができ、得られた各式を連立して解くことでビーム傾斜前の全ての収差係数17を計算することができる。

本実施例において収差補正を行う場合の手順を図２にフローチャートを用いて説明する。まず、傾斜をしていない通常のビーム状態で像が得られるよう軸合わせ及びフォーカス・非点調整を行い(STEP１)、傾斜角τと方位角θの初期調整を行い(STEP２)、第１の画像を記録する(STEP３)。
第１の画像は、視野ずれ測定時の基準となる画像であり、本発明における視野ずれ量測定は、この画像に対して視野がどの程度ずれたかを測定する。第１の画像取得後、偏向コイル電源20を動かして(STEP４)、ビームの傾斜角度を変更した状態で第２の画像を記録する(STEP５)。ここで、第１の画像は、傾斜をしていない通常のビーム状態で像を得ても良いし、あるいは傾斜を掛けたビーム状態で像を得ても良い。その際、第２の画像は、第１の画像を得るビーム状態に対して傾斜角度を変更した状態で撮像される。

なお、偏向コイル電源20の制御及び、その制御に必要な情報の入力は、それぞれ制御装置19および入力装置18を用いて行われる。

図３Aにパターン第１の画像の模式図を示し、図３Ｂには、この第１の画像に対する第２の画像の模式図を示す。第２の画像は、電子光学系の収差の大きさに応じて、視野ずれ、焦点ずれ及び非点ぼけを起こす。例えば、図３Ｂでは、図３Aで示すパターン40aが左下方向に移動、すなわち、視野ずれを起こし、また、パターン40aの円形が楕円状に変形し、同時にパターン40bの輪郭がぼけていることなどが分かる。

次に第１の画像に対し第２の画像の視野ずれ量を求めるが、この時、図４Ａに示すように、第１の画像の中心付近のピクセルを切り出し(STEP６)、図４Ｂに示す第２の画像に対し、第１の画像領域を相対的に小さな領域とする。切り出し領域は、最初の画像のピクセル数M x N[pix]に対し、M/ｍ x N/ｎ [pix] (ｍ、ｎ:整数)となるようにし、図４はｍ=ｎ=２の例である。
次に、第２の画像をx方向、y方向それぞれにｍ、ｎ分割し、画像全体をｍｘｎの小領域に分割する(STEP７)。

切り出し領域の大きさは、測定の前にあらかじめユーザーがスキャン領域全体のピクセル数Ｍ x Ｎ[pix]に対し、x方向及びy方向の分割数ｍ、ｎという形で設定する。図４はｍ=ｎ=２の例である。分割数ｍ、ｎの値は視野に対して観察対象が占める割合から、ユーザーが適切な値を選択する。分割数ｍ、ｎの値は、あまりに大きいと切り出し領域が小さくなり、領域に含まれる情報量が不足して測定が正しく行えない可能性がある。しかし、反対に小さ過ぎると切り出し領域のサイズが大きくなり、計算量削減の効果が薄くなる。実用的には、ｍ、ｎの範囲は２〜８程度の範囲になるようにし、この範囲で観察領域を収めることができるように表示倍率を調整する。

そして、第１の画像と第２の画像の各セルの差分を取り、差分値の高い領域を求めることで、移動先の候補セルを求める。その後、候補セルに対し相関計算を行うことで詳細な視野ずれ移動量を求める(STEP８)。

たとえば、図４Ａ、Ｂの場合、図４Ｂに示す第２の画像の４つの小領域（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に対し、図４Ａで示す第１の画像との差分演算を実行すると、（ｃ）で差分値が最も小さくなる。その後、第１の画像と第２の画像の（ｃ）領域で相関演算を行う(STEP9)。演算の結果得られた移動量を(ｍｘ、ｍｙ)とし、（ｃ）領域の重心座標を(ｘｃ、ｙｃ)とすれば、(ｍｘ+ｃｘ、ｍｙ+ｃｙ)が求める移動量である。
このような画像演算は、ＰＣ内の画像処理部で行い、計算の結果得られた移動量はメモリ13に記憶する。

以上のようにして移動量が得られたら、新たな傾斜角τと方位角θを設定し(STEP４)、新たに視野ずれ量を測定したい画像を撮影し、目標となるデータ数が得られるまでこの手順を繰り返す。

また、第２の画像における視野ずれ領域が図４Ｃに示すように複数の領域に横断する場合、差分演算による移動先候補の絞り込みは失敗となる可能性がある。図４Ｃはｍ=ｎ=３の例である。この様な場合は図４Ｄのように分割数を減らして再探索することで、参照したい試料の位置をより正確に特定することができる。図４Ｄは分割数を１減らした例である。

このように、第１の画像を第２の画像に対して小さく切り出し、あらかじめ差分演算で視野ずれの概略位置を把握することで、時間のかかる相関演算の計算量を削減することができる。差分演算は大まかな視野ずれを探索するための計算なので、ピクセル単位で視野ずれ量を正確に把握する必要はない。画像処理演算は、差分演算は画素数ｎに比例し、相関演算はｎの２乗に比例するため、あらかじめ差分によって移動先候補領域を探索し、限られた候補領域のみを相関演算することにより、視野ずれ量の計算に必要な演算量を削減することができる。また、第１の画像の周辺領域を切り取り中心部分の画像のみを使用することで、ノイズとなるデータを減らし、精度よく移動量を測定することができる。

上記形態を精度よく行うためには、画像の情報量を増やすため、撮影に使用する試料は全方向に多くのエッジを持つ試料が好ましい。また、視野領域の一部にのみ試料パターンが存在する、孤立パターンを用いることで差分計算の際のノイズとなるデータを減らし、移動先特定の精度を上げることができる。

また、孤立パターンを用いて測定を行う場合には、図５Ａに示すように第１の画像としてあえてパターンの存在しない領域を用いてもよい。この場合は、図５Ｂに示すパターン40bが存在する（ｃ）領域でのみ差分値が低下するため、結果的にパターン40ｂの移動位置を特定することができる。更に、この場合第1の画像をその都度撮影した画像ではなく、パターンの存在しない無地の画像をＰＣ内メモリ13に記憶しておき、その都度参照してもよい。

所望の移動量データが得られたら、データを元に収差係数演算部14で収差係数17の計算を行い(STEP１０)、結果を補正電源設定部15に送る。収差補正電源設定部ではあらかじめ収差係数17とそれに対応する収差補正器電源値のテーブルを記憶しており、テーブルを参照することで現在所望する収差を補正するために収差補正器4に与えるべき電源値を得ることができる(STEP１１)。ここにおいて、収差係数演算部14にて得られた収差係数17の結果を元に、実際に収差補正器4に与える電源値を決定し、補正器電源制御部21に収差補正器4に与えるべき電源データを送る。補正器電源制御部21を通して収差補正器4の電源値を変更し、収差補正を行う(STEP１２)。

異なる実施例として、第１の画像と第２の画像の解像度を切り替えて画像を得る例を図６に示す。この実施例では、走査コイル電源制御部22を通じて走査コイル5の水平走査周波数を変化させることで、第１の画像に対し第２の画像を取得する際の解像度を下げて画像を取得する。なお、走査コイル電源制御部22の制御及び、その制御に必要な情報の入力は、それぞれ制御装置19および入力装置18を用いて行われる。

得られた第２の画像を実施例１と同様にｘ方向、ｙ方向それぞれにｍ、ｎ分割し、画像全体をｍｘｎの小領域に分割し、領域単位で第１の画像の差分をとることで、大まかな移動位置を特定する。その後、再び走査コイルの水平走査周波数を第１の画像取得時と同じか、或いはそれより高い値に設定し、差分の結果得られた、移動先候補の付近のみを高解像度でスキャンする。以上のようにして得られた画像と第１の画像の相関演算を行うことで、詳細な移動座標を求めることができる。

このように、第１の画像に対して差分計算時の第２の画像の解像度を下げることにより、同じ走査時間で広範囲の視野画像を得ることができるため、本実施例では第１の画像を切り出す必要はない。差分演算で広範囲における探索を行い、移動先候補付近のみで相関演算を行うことで、時間のかかる相関演算の計算量を削減することができる。また、移動先候補付近のみを高解像度でスキャンすることにより、相関演算の精度を向上させることができる。

第１の実施例、第２の実施例共、第２の画像に対し鮮鋭化フィルタを用いた前処理を行うことで、傾斜によるぼけの影響を低減し、差分探索の精度を上げることができる。鮮鋭化フィルタの例を図７に示す。図７は鮮鋭化フィルタの一つである４近傍ラプラシアンフィルタである。ラプラシアンフィルタは空間２次微分を計算し、輪郭を検出するフィルタである。

また、差分演算を行う際、全ての画素の差分を取るのではなく、図８に示すようにｎ個おきの画素で計算を行なうことで差分の演算量を減らすこともできる。
図８はｎ=２の例であり、小さなマス目１つ１つが画素を表している。差分演算を行う際に図の斜線部分の画素での計算を省略することで、領域における演算量を１／２に抑えることができる。

異なる実施例として、図９に示すような、視野に対し不等間隔な水平方向70と垂直方向ライン71を持つ試料60を用いて移動量を測定する例を示す。この試料60を傾斜ビームで観察すると、収差によって画像の視野ずれによってラインの位置がシフトする。図１０Ａ、Ｂに、視野に垂直方向なラインが視野ずれによって移動した場合の試料画像の変化とそのラインプロファイルの例を示す。図１０Ａには、視野ずれ前のラインパターン（図中上段）とパルス状波形のピーク位置（図中下段）を示し、図１０Ｂには、視野ずれ後のラインパターンとパルス状波形のピーク位置を示す。このように、ラインパターンの試料の視野ずれは、当該図中下段に示す１次元プロファイルのパルス状波形のピーク位置移動から計測可能である。また、ラインを不等間隔にすることでラインのピッチ以上に視野ずれが発生した場合であっても、視野ずれ前後でのラインの対応関係が明確である。

以上のことから、このような試料を水平方向及び垂直方向に１ライン分ずつスキャンし、ラインプロファイルを調べることによって、２次元輝度分布データを得ることなく移動量を測定することが可能であり、スキャン時間を大幅に短縮することができる。

本実施例においては、水平方向と垂直方向に不等間隔なラインを持つ試料であればよい。従って、例えば図１１のような不等間隔格子パターン72を有する試料61や、図１２のような不等間隔に十字パターン73が刻まれた試料62でもよい。

或いは、図１３に示すように観察しようとする視野の中央付近の１か所で水平方向のライン70と垂直方向のライン71が交差する十字パターンを使用し、同様にｘ方向とｙ方向のラインスキャンから得られる1次元プロファイルのパルス状波形のピーク位置の移動から移動量を測定してもよい。この方法は、パターン設計が容易であり、収差補正量が少ないと見込まれる時に用いると効果が期待できる。

本発明の異なる実施例として、測長ＳＥＭで自動運転する場合に本手法を適用する例を示す。測長ＳＥＭは、画素計算を行うことにより、測定した画像データ上の２点間の距離を計測する装置である。本実施例で使用する測長ＳＥＭのシステム構成図を図１４に示す。本実施例の測長ＳＥＭは試料を装置に導入するための試料準備室102、試料9を保持する試料ステージ8を備えた試料室、試料8に対して電子線を照射し、発生する二次電子ないし反射電子を検出し検出結果を信号出力する機能を備えたカラム100、出力された信号を処理して各種の演算を行なう制御ＰＣ101、各種電源制御部20,21,22などから成るが、各構成要素の機能・動作は、実施例１で説明した内容とほぼ同様であるので、説明を割愛する。

試料準備室102と装置本体の試料室はゲートバルブ31で区切られている。試料を装置内に導入する際はゲートバルブ31が開き、試料搬送機構30により試料が装置本体の試料室内に導入される。また、装置の調整は試料台8に設置された標準試料32を用いて実施される。

本実施例の測長ＳＥＭは、磁界型対物レンズ6の上方にブースティング電極35を備える。ブースティング電極に電場を印加することで静電レンズが形成され、当該静電レンズの強さを変えることによりフォーカスを微調整することができる。ブースティング電極33に印加する電圧は、ブースティング電源電極制御部34を制御することで変動させる。また、試料台8には、リターディング電源35により入射電子ビームに対する減速電界を形成するための電圧（リターディング電圧）が印加されているが、このリターディング電圧をリターディング電源制御部34で制御することによってもフォーカスを調整することができる。通常、磁界型対物レンズの励磁電流に対する応答は磁気余効のために遅れるので、対物レンズの励磁電流ではなく、ブースティング電圧やリターディング電圧を調整することにより高速にフォーカス変更を行うことができる。

自動運転を行うために、ユーザーは図１５に示すようなＧＵＩ画面を通じて、補正状況を確認し、必要とあれば測定条件、補正条件の設定、結果の確認を行う。算出された収差係数は結果表示部50に表示され、ユーザーは補正設定部51にて補正を行いたい収差の種類を指定することができる。補正開始及び終了のプロセスは補正プロセス選択部55で決定できる。ユーザーは測定条件表示・指定部52より測定条件を確認し、必要とあれば設定することができる。また、補正経過表示部53では補正による収差量の変化が表示され、ユーザーは補正の効果を確認することができる。また、メッセージ表示部54では、現在の装置の状況や、補正状態などが文字で表示され、ユーザーはこれを確認しながら作業を行うことができる。

１…電子銃、
２…コンデンサレンズ、
３…偏向コイル、
４…収差補正器、
５…コンデンサレンズ、
６…走査コイル、
７…対物レンズ、
８…試料台、
９…試料、
１０…検出器、
１１…画像形成部、
１２…画像出力装置、
１３…メモリ、
１４…収差係数演算部、
１５…補正電圧設定部、
１６…移動量、
１７…収差係数、
１８…入力装置、
１９…制御装置、
２０…偏向コイル電源制御部、
２１…収差補正器電源制御部、
２２…走査コイル電源制御部、
３０…試料搬送機構、
３１…ゲートバルブ、
３２…標準試料、
３３…ブースティング電極、
３４…ブースティング電極電源制御部、
３５…リターディング電源制御部、
４０a,４０b…パターン、
４１…ピクセル、
４２…画素、
５０…結果表示部、
５１…補正設定部、
５２…測定条件表示・指定部、
５３…補正経過表示部、
５４…メッセージ表示部、
５５…補正プロセス選択部、
６０,６１,６２,６３…試料、
７０…水平方向ライン、
７１…垂直方向ライン、
７２…格子パターン
７３…十字パターン、
１００…ＳＥＭカラム、
１０１…制御ＰＣ、
１０２…試料準備室、
１１０…補正電圧情報、
１１１…２次電子輝度情報。

Claims (16)

1. 電子線を放射する電子線源と、
   前記電子線を試料に照射する電子光学系と、
   前記電子線が照射されて前記試料から放出される電子線を検出する電子線検出部と、
   回転対称でない電場および磁場を印加することにより収差成分を除去する収差補正器と、
   前記収差補正器の前記電子線源側に配置され、前記電子光学系を通過する電子線の進路を制御する偏向器と、を備え、
   前記偏向器を用いて光学条件を変化させたビームを、所定のパターンを有する試料上に走査して、異なる経路を有するビームで複数の画像を取得し、
   前記複数の画像の一つを前記所定のパターンを含み他の一つ画像の領域より狭い範囲で切り出した画像を参照画像とし、該参照画像と該他の一つ画像との差分に基づいて、該他の一つ画像における前記所定のパターンの移動先を検出して移動量を算出し、前記移動量に基づき収差量を算出する手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 第１のビーム傾斜角および方位角で前記試料が有する所定のパターンを撮像した第１の画像と、前記第１のビーム傾斜角および方位角の少なくとも一方が異なる光学条件で前記所定のパターンを撮像した第２の画像とを取得する手段と、
   前記第２の画像の領域より小さく、前記所定のパターンを含むように前記第１の画像領域を切り出す手段と、
   前記切り出した第１の画像を参照画像として、前記第２の画像との差分を取り、前記差分に基づいて、前記第２の画像における前記所定のパターンの移動先を検出し、移動量を算出する手段と、
   前記移動量に基づき、収差量を算出する手段を有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
3. 前記収差量を前記収差補正器に帰還させることにより収差成分を除去することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
4. 前記収差量は、前記電子線検出部により検出される二次荷電粒子信号に基づいて、各方位角における輝度分布情報を取得し、取得した前記輝度分布情報から算出されること特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
5. 前記第１の画像は、傾斜をしていないビーム状態で撮像された画像であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
6. 前記収差補正器で補正する収差は、軸上球面収差であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
7. 前記偏向器が、２段偏向コイルであることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
8. 前記偏向器が、静電偏向器であることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
9. 電子線源から放射された電子線を試料に照射する電子光学系と、
   前記電子線が照射されて前記試料から放出される電子線を検出する電子線検出部と、
   回転対称でない電場および磁場を印加することにより収差成分を除去する収差補正器と、
   前記収差補正器の前記電子線源側に配置され、前記電子光学系を通過する電子線の進路を制御する偏向器と、を備え、
   前記電子線検出部により検出される二次荷電粒子信号に基づいて、輝度分布情報を取得する手段と、
   前記偏向器を用いて設定される光学条件を変えて前記試料に対する複数の輝度分布情報を取得する手段と、
   前記複数の輝度分布情報から、それぞれが異なる解像度を有する第１の光学条件で取得した画像と第２の光学条件で取得した画像との比較により前記試料に対する画像間の視野ずれ量を算出する手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 前記輝度分布情報は、二次元輝度分布情報であることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子線装置。
11. 前記視野ずれ量は、それぞれが異なる視野範囲を有する第１の光学条件で取得した画像と第２の光学条件で取得した画像との比較により算出されることを特徴とする請求項１０に記載の荷電粒子線装置。
12. 前記輝度分布情報は、一次元輝度分布情報であることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子線装置。
13. 前記一次元輝度分布情報は、不等間隔で配列された水平方向ライン及び不等間隔で配列された垂直方向ラインが並置された試料を用いて取得されることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子線装置。
14. 前記一次元輝度分布情報は、不等間隔で配列された水平方向ライン及び垂直方向ラインを組み合わせて形成された格子パターンを有する試料を用いて取得されることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子線装置。
15. 前記一次元輝度分布情報は、不等間隔で配列された十字パターンを有する試料を用いて取得されることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子線装置。
16. 前記一次元輝度分布情報は、直角に交差する２本のラインを有する試料を用いて取得されることを特徴とする請求項１２に記載の荷電粒子線装置。

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