JP5993668B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線を試料に対して照射して、この試料からの二次電子または反射電子または透過電子を取得する荷電粒子線装置、およびそのイメージシフト機能の調整法に関する。

走査電子顕微鏡（以下ＳＥＭと称する）や走査透過電子顕微鏡（以下ＳＴＥＭと称する）などに代表される荷電粒子線装置は、電子線を試料に照射することによって微細構造やパターンの観察を行っている。微細構造やパターンの観察においては、観察場所にあわせて試料への電子線の照射領域を変えることが求められている。観察場所の移動は、ステージ移動により試料自体を機械的に移動することで変えることができるが、微細な構造に対して最適な位置へ短時間で精度よく移動することは困難である。この理由としてステージには移動のほかに、振動耐性やステージドリフト防止なども求められており、高速な移動と相反するためである。そこで、数μmの領域内で観察領域を移動したい場合には偏向器によるイメージシフトが用いられる。

そこで、イメージシフトにはより広範囲に適用可能であることが求められるが、対物レンズの軸外色収差とイメージシフトの偏向器による偏向色収差とによって、得られる像の分解能が劣化する問題がある。この問題を解決する方法として、特許文献１に記載されたＥｘＢ型の電磁界を用いた装置により、イメージシフトにおける軸外色収差と偏向色収差とを含めたエネルギー分散を取り除く方法が開示されている。また特許文献２には、イメージシフトの分解能劣化を抑制する別の例として、イメージシフト量に応じて最適な傾斜角をとることによって偏向色収差を消去する例が示されている。

また、特許文献３には軸外色収差を打ち消すものとして、イメージシフトを使用しない状態で電子線を傾斜して試料へ入射する条件において、コンデンサレンズの軸外を通すことで対物レンズの軸外色収差およびコマ収差を相殺する例が開示されている。そして、特許文献４には同じくイメージシフトなしでの傾斜時観察において、ＥｘＢ型の1段の多極子を用いることで対物レンズの外側を通した際に発生する色収差を抑制する例が開示されている。

一方、荷電粒子線装置では、分解能を向上するために収差補正器の導入が進められている。収差補正器は、多段に設置された多極子レンズにより構成され、多極子レンズ内に電場ないし磁場を発生することにより、内部を通過する荷電粒子線に含まれる収差を除去する。収差補正器に関しては、非特許文献１に開示されているもののように、多極子レンズを４段用いたものがある。ここでは１次の色収差と３次までの幾何収差を補正して軸上分解能を向上する。

ＷＯ０１／０３３６０３ 特開２００５−３３８０４３号公報 特開２００７−０８７９７１号公報 特開２００１−１５０５５号公報

Ｎｕｃｌｅａｒ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ ｉｎ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｒｅｓｅａｒｃｈ、 Ａ３６３（１９９５）、第３１６〜３２５頁

前述の通り、イメージシフトにおいてはなるべく広範囲に適用可能であることが要求されるが、対物レンズの軸外色収差とイメージシフトの偏向器による偏向色収差によって像の分解能が劣化する。

一方、非特許文献1に示されるような収差補正器は１次の色収差と３次までの幾何収差を補正して軸上分解能を向上するが、イメージシフトなど軸外領域での使用のためには設計されていない。なお、軸外の補正が可能な収差補正器も存在するが、複雑な構成かつ高価であり一部のＴＥＭなど限定的な使用に留まる。そして、軸外収差補正器を使用する場合においても、イメージシフトの偏向で発生する偏向色収差は避けられず、イメージシフトに限界がある。以上から、比較的安価な収差補正器を用いて、イメージシフトの偏向で発生する偏向色収差を低減させ広範囲なイメージシフトを実現する技術が求められている。

特許文献１に開示された装置は、軸外色収差と偏向色収差を含めたエネルギー分散を取り除くことでイメージシフト領域を拡大することができるが、収差補正器の使用は考慮されていない。仮に、特許文献１に記載の分散制御用ＥｘＢフィールド発生器と収差補正器を同時に搭載したとしても、装置が複雑になること、幾何収差について別途補正しなくてはならないため収差補正器を有効に活用できないことに課題がある。

特許文献２に開示された装置は、色消し軸に設定する、つまりイメージシフト量に応じて光学的に最適な傾斜角をとることで軸外色収差と偏向色収差が消去できるが、イメージシフト量に応じて試料への電子線の傾斜角が決まるため、傾斜角に自由度を持たない。よって、同じ領域の観察においてもステージ位置とイメージシフトの関係によって傾斜角が異なるため見え方が変わってしまう課題もある。

特許文献３に開示された装置は、傾斜観察においてコンデンサレンズの軸外を通すことで対物レンズの軸外色収差およびコマ収差を相殺する技術が示されているが、傾斜観察であるためイメージシフトは行わず偏向色収差についても考慮されていない。

特許文献４に開示された装置は、1段の多極子子型のＥｘＢ型の軸外色収差補正器を用いているが、原理的には特許文献１にあるＥｘＢフィールド発生器と同じもので、本発明が想定する収差補正器とは異なり軸上収差補正機能を備えない。すなわち、物点位置が光軸上に留まったままイメージシフトは行わず、偏向色収補正について考慮されていない。

上記課題を解決するため、本願発明に係る荷電粒子線装置の一例を示すと、荷電粒子線を試料に照射させる照射光学系と、前記荷電粒子線の照射により前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出光学系とを備えた荷電粒子線装置において、前記照射光学系は、荷電粒子線を放出する荷電粒子銃と、前記荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、前記荷電粒子銃と前記対物レンズとの間に配置された収差補正器と、前記収差補正器からの前記荷電粒子線を偏向しイメージシフトを行う第１の偏向手段と、前記イメージシフトの移動量に基づいて、前記収差補正器への前記荷電粒子線の偏向量を制御する第２の偏向手段と、を有する。

本発明により、収差補正器を搭載する荷電粒子線装置において、イメージシフトで発生する分解能劣化を抑制する。

本発明を応用した荷電粒子線装置の概略構成図。 実施例１を説明するための光学系の模式図。 実施例１を説明するための光学系の模式図。 第３の実施例による調整のフローチャート。 本発明を応用した荷電粒子線装置の他の実施例の概略構成図。 本発明を応用した荷電粒子線装置の他の実施例の概略構成図。 本発明を応用した走査電子顕微鏡の他の実施例の概略構成図。

本発明は、軸上の１次の色収差ならびに３次幾何収差を補正する収差補正器を搭載する荷電粒子線装置において、イメージシフトおよび色収差の補正量に応じ、収差補正器上下に配置した偏向器により試料への電子線の照射位置と角度に自由度を持たせつつ荷電粒子線の収差補正器への入射位置を制御する。

また前記イメージシフトにおいて、イメージシフトの大きさによらず、傾斜無しあるいは傾斜角一定に保つといった任意の傾斜角で分解能劣化を抑えた観察が可能になる。これにより、ユーザーの利便性がさらに向上する。

なお、使用装置としては照射光学系に収差補正器を備えたＳＥＭ、ＳＴＥＭならびにＴＥＭをはじめとする荷電粒子線装置全般に適用可能である。

本実施例では、収差補正器を用いたイメージシフトの偏向色収差補正例を図１〜図２を用いて説明する。ここでは、軸上の色収差が補正済の状態でのイメージシフトを想定する。

図１は電子線装置の電子光学系と構成要素の模式図である。電子銃６１から放出された１次電子線６２は、コンデンサレンズ６で収束作用をうけて、収差補正器１０を通過し、イメージシフトコイル１２で偏向作用を受けて、対物レンズ１７で試料１８上に収束される。イメージシフトコイル１２は一次電子線６２の試料１８上での照射位置を変えることができ、この動作をイメージシフトと呼ぶ。イメージシフトにおいては、一次電子線６２の照射位置を保ったまま角度を変えることができるが、同じ位置を観察する場合、照射角が変わると見え方が変化してしまうため、イメージシフトにおける傾斜角はゼロもしくはイメージシフト量によらず一定に制御されることが望ましい。

収差補正器１０とコンデンサレンズ６の間に偏向器７が設けられており、偏向器７により電子線６２は光軸６０に対する角度を保ったまま収差補正器１０への入射位置を変えることができる。さらに収差補正器１０と対物レンズ１７の間に偏向器８が設けられており、偏向器８により収差補正器１０から出た一次電子線６２の光軸６０に対する距離と角度を制御することができる。

収差補正器１０は、４段の１２極子を用いて１次の色収差と３次の球面収差を補正するものを例示している。なお、４極以上の多極子によって軸上の１次の色収差が補正できるものであれば構成によらず本実施例の方法は適用可能である。また、効果に違いがないため、図１では１方向についてのみ電子線６２の軌道を例示しているが、電子線６２の収差補正器１０内部での軌道は方向や補正器の種類によって異なる。

そして、イメージシフトにより一次電子線６２の試料１８上での照射位置を光軸６０からの距離に比例して偏向色収差が発生し、同時に照射角に比例して軸外色収差が発生する。これらの色収差は加速電圧に応じて試料１８の表面上（光軸６０と垂直面上）に照射位置が変わるため、以降は両者またはいずれか１つの収差をまとめて色分散と呼ぶこととする。また色分散には、試料１８に電界をかけるリターディングと呼ばれる手法が用いられる場合、軸外色収差と同様の色収差が発生するため、リターディングで発生する収差分も色分散の１つとしてさらに含むこともある。

上記色分散の抑制について、特に傾斜角をゼロもしくは一定に保つイメージシフトを行う場合について説明する。動作は色分散制御のための軸ずらしと、軸ずらしの振り戻しの２つのパートに分けられ、この２つが協調して動作することで色分散抑制がなされる。

１つめの色分散の制御は、図２Ａで示すように偏向器７によって一次電子線６２の収差補正器１０への入射位置を点線の軌道６２ａから実線の軌道６２ｂのように変えることで行う。また、２つめの振り戻しは、図２Ｂで示すように偏向器８の制御によって偏向器７が与えるイメージシフトの位置ズレと角度ズレの影響をなくすよう軌道６２ａから軌道６２ｂのように動作させる。

この動作は、図２Ｂで示すように偏向器８が設置された場所以降の一次電子線６２軌道はもとに戻るようになっており、電子線６２の試料１８への照射についてだけでなく、対物レンズ１７への入射位置と角度についても偏向器７による軸ずらしの影響を与えない。なお、偏向器７による軸ずらしは偏向器８で振り戻しを前提としているため、偏向器８での振り戻しがないと色分散抑制条件を満たさない。

次に上記色分散の抑制を、数式を用いて説明する。説明のため、ここでは光軸方向(光軸６０に平行方向)と離軸方向(光軸６０の動径方向)の２次元モデルを仮定し、磁界対物レンズの回転成分を無視する。なお、回転成分を含んだ方位角方向についても下記説明の方法と同様に調整できる。傾斜角を一定（ゼロを含む）に保つ光学系において、色分散は偏向色収差のみに応じて変化する。イメージシフト量（光軸６０からの照射位置までの距離）ｒ_ｄは、Ｉ_ｄ偏向コイル電流、ｋ_cは偏向感度係数（イメージシフトコイル１２の巻き数や形状に依存）、加速に対する偏向感度係数ｔ(電場ｔ＝１、磁場ｔ＝１／２)、加速電圧Ｖaccを用いて（数１）のように表すことができる。また、電子銃６１の加速電圧のばらつきΔＶに対して、偏向色収差Δr_dは（数２）で表される。

偏向器７によって一次電子線６２の収差補正器１０への入射位置を変えるとき、入射位置は光軸６０から距離（軸ずらし量）をＲとし、ｋ_ｃは軸ずらし量Ｒを試料面での値に換算する係数、収差補正器１０で発生させる色収差係数をＣ_{Ｃｃｏｒｒ}（像面換算）、対物レンズ１７の色収差係数をＣ_Ｃｏｂｊ、倍率色収差係数Ｃ_ＣＭ、試料面の一次電子線６２の傾斜角（照射角）ｗ’とおくと、収差補正器１０および対物レンズ１７による偏向色収差と軸外色収差の和は（数３）で表すことができる。

なお、収差補正器１０では色収差補正をしているため通常Ｃ_{Ｃｃｏｒｒ}=−Ｃ_Ｃｏｂｊとなり、イメージシフト量がゼロの場合（ｒ_ｄ＝０の場合）傾斜による色分散打消し条件はｋ_ｃＲ＝ｗ’である。イメージシフトの色分散は、（数２）（数３）の和がゼロとなるとき、つまり（数４）の関係が成り立つとき打ち消される。

（数４）より試料への照射角ｗ’が決まるとイメージシフト量ｒ_ｄに応じて色分散を打ち消す軸ずらし量Ｒは（数５）の関係で決定される。

偏向器７によって（数５）の関係を満たす軸ずらしを与えることで色分散が抑制される。また、（数５）から収差補正器１０の色収差係数Ｃ_{Ｃｃｏｒｒ}を変えることでも、軸ずらし量Ｒが変わることを示している（後述する高次収差等対策に利用）。

以上で数式による説明を終わる。ここでは、単純化したモデルで説明したが、実際には、ｗ’、Ｒは動径方向を含んだ複素数であり、対物レンズにも回転成分に由来する動径方向が含まれる。対物レンズの回転成分については偏向器８を制御することで取り除かれ、ｗ’、Ｒの複素数においても（数５）は成立する。

上記例ではイメージシフト中の傾斜角を一定としたが、イメージシフト中に傾斜角を変更する場合にも適用可能である。本実施例では偏向器８を設けたが、偏向器７に対する偏向器８の振り戻しに相当する信号をイメージシフト信号と別にイメージシフトコイル１２に重畳することで偏向器８がない構成も可能である。

本実施例では、イメージシフトの偏向色収差を主とした色分散を抑制するための調整方法の例を示す。本実施例の装置構成および光学系は図１に準じ、同一符号、同一機能について説明を省略する。

イメージシフト座標（ｘ、ｙ）=(r_dcosθ、 r_dsinθ)について加速電圧Ｖ_acc-ΔＶ／２、 Ｖ_acc＋ΔＶ／２間のビームの照射位置ズレを (Δｘ、Δｙ)とすると、単位加速電圧に対する移動ベクトルは(Δｘ/ΔＶ、Δｙ/ΔＶ)となる。元となる照射位置ズレは、一次電子線６２を試料１８にスキャンして得られる２次電子の画像（ＳＥＭ画像）についての相関、あるいは試料１８にＭＣＰや蛍光板などに直接一次電子線６２の照射位置の差を測定することで得られる。

ここで、一次電子線６２の収差補正器１０への入射位置(ＲcosΦ、ＲsinΦ)の位置を変えていくと、(Δｘ/ΔＶ、Δｙ/ΔＶ)が変化するため、(ＲcosΦ、ＲsinΦ)を変えながら、(Δｘ/ΔＶ、Δｙ/ΔＶ)の大きさ（数６）をモニタし、（数６）がゼロまたは最小となる位置に(ＲcosΦ、ＲsinΦ)を調整すると、偏向色収差抑制条件が成立する軸ずらし条件が得られる。加速電圧は二種類以上あればＶ_accとＶ_acc+ΔＶなど組み合わせは自由で、ΔＶはＶ_accの数％が目安である。

上記例では色収差補正条件は一定を仮定しているが、実施例１に述べたように収差補正器１０の色収差係数Ｃ_{Ｃｃｏｒｒ}を変えることが可能である。この場合(ＲcosΦ、ＲsinΦ)はＣ_{Ｃｃｏｒｒ}に応じて変化する。一方、一次電子線６２は収差補正器１０内の中心から離れた軌道を通り、対物レンズ１７に対しても軸から離れた軌道を通っているためコマ収差やデフォーカス、非点などの幾何収差が発生し分解能が悪化する場合がある。これに対して、収差補正器１０への入射条件(ＲcosΦ、ＲsinΦ)をずらすと、収差補正器１０と対物レンズ１７の幾何収差とがキャンセルできる条件が存在する。

しかし、この条件は、偏向色収差が最小条件とは通常一致しない。そこで、収差補正器１０の色収差係数Ｃ_{Ｃｃｏｒｒ}を変更すると、幾何収差が最小となる入射条件(ＲcosΦ、ＲsinΦ)と偏向色収差が最小となる条件が一致させられることができ、分解能悪化を抑制することが可能になる。

色分散抑制の調整に関して、さらに高度な応用例として高次の色収差を考慮する場合について想定する。この場合は偏向色収差の最小化ではなく高次色収差を含んだ色分散の最小化を行う必要がある。高次の色収差は具体例としてエネルギーの１次と開き角の３次に比例する色球面収差があり、それ以外のエネルギーと開き角の両方に比例する性質をもつ収差も含む。高次の色収差を考慮する場合は、（数３）に対して高次項が付加され、色分散の最小条件は（数５）からずれた値となる。しかしながら、この調整自体は、（数６）がゼロもしくは最小となる値に調整すればよいため、高次の色収差を考慮しない場合と同じ調整手順を利用できる。ただし、このときの課題として、入射条件(ＲcosΦ、ＲsinΦ)が偏向色収差単体の調整位置とは異なる位置となるため、収差補正器１０において別の幾何収差が発生する。

そこで、高次の色収差を考慮した色分散最小化を行う場合は、収差補正器１０内の多極子もしくは外部に別の多極子を用意して、入射条件(ＲcosΦ、ＲsinΦ)に連動して４極子による非点やデフォーカス調整、６極子によるコマ収差調整を行うようにする。この調整では、対象とする高次色収差の次数に応じた強度比の変更を行う。具体的には、色球面収差においては入射条件(ＲcosΦ、ＲsinΦ)のＲの３乗に比例して調整量を大きくする。

本実施例では、イメージシフトの偏向色収差を主とした色分散を抑制するための調整方法の別の例を示す。本実施例の装置構成および光学系は実施例１および実施例２に準じ、同一符号、同一機能について説明を省略する。また、実施例２と同じく、偏向器８は偏向器７がイメージシフトの位置と角度を変えないよう動作しているものとする。ここでは図３のフローチャートを用いて説明する。

まず、ステップ（Ｓ１０）〜ステップ（Ｓ１４）にてイメージシフト点での単位加速電圧に対する移動ベクトル（ｖ_ｘ、ｖ_ｙ）を求める。ここでは、イメージシフトの座標（ｘ、ｙ）、イメージシフトを行う最大可動領域を（-Ｘ≦ｘ≦Ｘ、−Ｙ≦ｙ≦Ｙ）とし、イメージシフト位置を走査して測定する。

測定を行うイメージシフト点は等間隔のメッシュ状にとり、領域の分割数をＮ_ｘ、Ｎ_ｙとすると、測定するイメージシフト座標（ｘ、ｙ）＝（ｎ_ｘＸ／Ｎ_ｘ、ｎ_ｙＹ／Ｎ_ｙ）と表される。

ただし、カウンタｎ_ｘ＝−Ｎ_ｘ、−Ｎ_ｘ＋１、…、−１、０、１、…、Ｎ_ｘ−１、Ｎ_ｘ、カウンタｎ_ｙ＝−Ｎ_ｙ、−Ｎ_ｙ＋１、…、−１、０、１、…、Ｎ_ｙ−１、Ｎ_ｙとする。また、収差補正器１０への一次電子線６２の入射位置を（ｓ、ｔ）（＝(ＲcosΦ、ＲsinΦ)実施例２での表記）とする。

ステップ（Ｓ１０）
初期設定として、一次電子線６２の収差補正器１０への入射位置を光軸６０上とし（ｓ、ｔ）＝（０、０）、イメージシフトのカウンタ（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）＝（―Ｎ_ｘ、―Ｎ_ｙ）に設定し、イメージシフト座標（ｘ、ｙ）＝（―Ｎ_ｘＸ／Ｎ_ｘ、―Ｎ_ｙＹ／Ｎ_ｙ）に設定する。

ステップ（Ｓ１１）
イメージシフトの位置を座標（ｎ_ｘＸ／Ｎ_ｘ、ｎ_ｙＹ／Ｎ_ｙ）に移動する。

ステップ（Ｓ１２）
単位加速電圧に対する移動ベクトル（ｖ_ｘ（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）、ｖ_ｙ（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ））を測定する。単位加速電圧に対する移動ベクトル（ｖ_ｘ、ｖ_ｙ）の測定法は実施例２に準じ、異なる２種類以上の加速電圧における一次電子線６２の試料１８への照射位置のズレ（ベクトル）から求められる。得られた単位加速電圧に対する移動ベクトルはイメージシフト座標もしくはカウンタと関連づけされて、ともにストレージ上に記録される。

ステップ（Ｓ１３）
カウンタｎ_ｘの判定を行う。ｎ_ｘ＜Ｎ_ｘなら、ステップ（Ｓ１３ａ）へ進み、カウンタｎ_ｘに１を足してステップ（Ｓ１１）へ戻る。
ｎ_ｘ＝Ｎ_ｘならステップ（Ｓ１３ｂ）へ進み、カウンタｎ_ｘを−Ｎ_ｘに設定する。

ステップ（Ｓ１４）
カウンタｎ_ｙの判定を行う。ｎ_ｙ＜Ｎ_ｙなら、ステップ（Ｓ１４ａ）へ進み、カウンタｎ_ｙに１を足してステップ（Ｓ１１）へ戻る。ｎ_ｙ＝Ｎ_ｙならステップ（Ｓ１４ｂ）へ進み、（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）＝（０、０）つまりイメージシフト座標（ｘ、ｙ）＝（０、０）（イメージシフトなし、試料１８と軸６０の交点）に設定する。

次に、ステップ（Ｓ１５）〜ステップ（Ｓ１８）にて入射位置（ｓ、ｔ）についてそれぞれ単位加速電圧に対する移動ベクトル（ｖ_ｘ、ｖ_ｙ）を求める。ここでは、入射位置（ｓ、ｔ）の調査領域を（-Ｓ≦ｓ≦Ｓ、−Ｔ≦ｔ≦Ｔ）とし、入射位置を走査して測定する。なお、調査領域内でイメージシフトの偏向色収差の抑制が可能であると仮定する。測定を行う入射点をメッシュ状にとり、領域の分割数をＭ_ｓ、Ｍ_ｔとすると、入射位置（ｓ、ｔ）＝（ｍ_ｓＳ／Ｍ_ｓ、ｍ_ｔＴ／Ｍ_ｔ）と表される。ただしカウンタｍ_ｓ＝−Ｍ_ｓ、−Ｍ_ｓ＋１、…、−１、０、１、…、Ｍ_ｓ−１、Ｍ_ｓ、カウンタｍ_ｔ＝−Ｍ_ｔ、−Ｍ_ｔ＋１、…、−１、０、１、２、…、Ｍ_ｔ−１、Ｍ_ｔとする。

ステップ（Ｓ１５）
一次電子線６２の収差補正器１０への入射位置（ｓ、ｔ）を座標（ｍ_ｓＳ／Ｍ_ｓ、ｍ_ｔＴ／Ｍ_ｔ）に移動する。このとき、前述の通り、偏向器８は偏向器７がイメージシフトの位置と角度を変えないよう動作している。

ステップ（Ｓ１６）
単位加速電圧に対する移動ベクトル（ｖ_ｓ（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ）、ｖ_ｔ（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ））を測定する。測定法はステップ（Ｓ１２）と同じ。得られた（ｖ_ｓ（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ）、ｖ_ｔ（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ））は入射位置（ｓ、ｔ）＝（ｍ_ｓＳ／Ｍ_ｓ、ｍ_ｔＴ／Ｍ_ｔ）もしくはカウンタ（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ）と関連づけされて、ともにストレージ上に記録される。

ステップ（Ｓ１７）
カウンタｍ_ｓの判定を行う。ｍ_ｓ＜Ｍ_ｓなら、ステップ（Ｓ１７ａ）へ進み、カウンタｍ_ｓに１を足してステップ（Ｓ１５）へ戻る。
ｍ_ｓ＝Ｍ_ｓならステップ（Ｓ１７ｂ）へ進み、カウンタｍ_ｓを−Ｍ_ｓに設定する。

ステップ（Ｓ１８）
カウンタｍ_ｔの判定を行う。ｍ_ｔ＜Ｍ_ｔなら、ステップ（Ｓ１８ａ）へ進み、カウンタｍ_ｔに１を足してステップ（Ｓ１５）へ戻る。
ｍ_ｔ＝Ｍ_ｔならステップ（Ｓ１９）へ進む。

最後にステップ（Ｓ１９）にて、イメージシフト可動領域の各点について、単位加速電圧に対する移動ベクトルを最小化する組み合わせを探索する。

ステップ（Ｓ１９）
（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）についてストレージ上に保存された（ｖ_ｘ（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）、ｖ_ｙ（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ））に対して、（ｖ_ｓ（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ）、ｖ_ｔ（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ））との和をとり、絶対値を算出し、絶対値が最小となる（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ）を求める。得られた、（ｎ_ｘ、ｎ_ｙ）と（ｍ_ｓ、ｍ_ｔ）の組み合わせ、もしくは、イメージシフト座標（ｎ_ｘＸ／Ｎ_ｘ、ｎ_ｙＹ／Ｎ_ｙ）と入射座標（ｍ_ｓＳ／Ｍ_ｓ、ｍ_ｔＴ／Ｍ_ｔ）の組み合わせをテーブルデータとして保存する。

次に、個別の動作について別のバリエーションを記す。本実施例のイメージシフト走査と入射の走査は、測定地点や順番・走査方向などは、使用する領域を網羅してあれば実施例（等間隔のメッシュ状の走査）以外の方法で行っても良い。例えば、中心から始めて渦巻き状に走査する方法が考えられる。

また（ｓ、ｔ）における調査領域（-Ｓ≦ｓ≦Ｓ、−Ｔ≦ｔ≦Ｔ）と分割数Ｍ_ｓ、Ｍ_ｔが妥当でない場合、つまりイメージシフト可動領域内で発生する色分散に対して補正ステップが粗い場合や不足する場合、最小化の組み合わせが十分に最適化されないことがある。

その場合は、ステップ（Ｓ１９）の後に、得られたテータを元に入射領域や分割数を再設定しステップ（Ｓ１４ｂ）に戻りデータの再取得を行う。ここで行う最小化の組み合わせが最適かどうかの判断は、（ｓ、ｔ）が調査領域（-Ｓ≦ｓ≦Ｓ、−Ｔ≦ｔ≦Ｔ）内で偏在せず、全体分布しているかどうかから行うことができる。

最小化の組み合わせについて、さらに、実測した（ｓ、ｔ）の設定以外に、実測した点間について線形フィッティングをかけ最適なものを推測して設定してもよい。また、イメージシフト領域内で測定していない点についても、同様にイメージシフトと入射位置のそれぞれのデータに対して線形フィッティングすることで補完することもできる。

本実施例では、図４を用いて本発明の電子線装置について実施例１と別の形態を説明する。図４は構成要素の模式図である。基本部分は実施例１と同じで、特徴は第二コンデンサレンズ１６を備え、一次電子線６２が収束点６３を持つことである。

図４Ａは収束点６３を偏向器８と同じ位置に結ぶことで、収差補正器１０を通過した一次電子線６２の振り戻しを行う偏向器８を１段偏向器で構成することができる。これは、従来どおり２段偏向器で構成しておき、１段分の電流を流さないといった使用法でもよい。

図４Ｂは偏向器８を第二コンデンサレンズ１６の上に設置した例である。ここでは偏向器８は２段偏向器で構成される。偏向器８の第二コンデンサレンズ１６の上下位置の違いは、第二コンデンサレンズ１６の収差量の影響の大きさと制御のしやすさである。第二コンデンサレンズの収差量１６の割合が無視できない場合は、第二コンデンサレンズ１６の下に偏向器８を設置すると第二コンデンサレンズの収差の影響を抑えることができる。その代わり、収束点６３の位置によって、偏向器７の軸ずらしに対する偏向器８に必要な振り戻し量が変わるため、偏向器８には収束点６３を考慮した制御が必要となり複雑になる。

次に、走査電子顕微鏡を用いた場合の本発明の装置形態を、図５を用いて説明する。本実施例の走査電子顕微鏡は、大まかに、電子線を試料上に照射ないし走査させるＳＥＭカラム１０１、試料ステージが格納される試料室１０２、ＳＥＭカラム１０１や試料室１０２の各構成部品を制御するための制御ユニット１０３等により構成されている。制御コンピュータ３０を備えた制御ユニット１０３には、更に、所定の情報を格納するためのデータストレージ７６や取得画像を表示するモニタ７７、電子顕微鏡とユーザーとのマン・マシンインタフェースとなる操作卓７８が接続されている。操作卓７８は、例えば、キーボードやマウスなどの情報入力手段により構成される。

次に、ＳＥＭカラム１０１の内部の構成要素について説明する。荷電粒子線源としてのショットキー電子源１は、タングステンの単結晶に、酸素とジルコニウムなどを拡散させショットキー効果を利用する電子源であり、その近傍にサプレッサー電極２、引き出し電極３が設けられる。ショットキー電子源１を加熱し、引き出し電極３との間に+２ｋＶ程度の電圧を印加することにより、ショットキー電子を放出させる。サプレッサー電極２には負電圧が印加され、ショットキー電子源１の先端以外からの電子放出を抑制する。引き出し電極３の穴を出た電子ビームは、第１陽極４、第２陽極５で形成される静電レンズにより加速、収束され、さらに電子ビームは、光軸６０に沿って後段の構成要素へ入射する。

なお、ショットキー電子源１から第２陽極までをまとめて電子銃６１として実施例１で示している。本実施例では電子銃６１にショットキー電子銃を用いるが，電界放出電子銃（ＦＥ電子銃）や熱電子銃など全ての電子銃に適用可能である。電子ビームは、コンデンサレンズ６で収束され、可動絞り９にてビーム径を制限され、偏向器７を通り、収差補正器１０に入射する。偏向器７は、通常、コンデンサレンズ６の軸と収差補正器１０の軸が一致するように調節される。

収差補正器１０の各段で４極子、８極子を形成するがこれには１２極の電極（磁極を兼ねてもよい）を用いると、４極子、８極子のほか、２極子、６極子、１２極子も形成可能で電極、磁極の組み立て誤差、磁極材料の不均一性により生じる場の歪みを電気的に補正するためにそれらを使用する。収差補正器１０に補正用の色収差、球面収差を与えられた電子ビームは、対物レンズ１７にて試料１８上に収束し、そのスポットは走査偏向器１５にて試料上を走査される。

試料上の走査位置は、イメージシフトコイル１２によって変更される。偏向器８では偏向器７で軸ずらしを行ったときのイメージシフトの位置と角度ズレが修正される。イメージシフトコイル１２に走査偏向器１５の偏向信号および偏向器８の調整信号を重畳することも可能である。

試料室１０２内部には、試料１８を載置する試料載置面を備えた試料ステージ８０が格納されている。電子線照射により発生する２次電子は、対物レンズ１７を抜けて、反射板７２に当たり電子を発生させる。発生した電子は、２次電子検出器７３で検出されるが、ＥｘＢ偏向器７１により、反射板７２に２次電子の当たる位置を調整することもできる。

検出された２次電子信号は、走査と同期した輝度信号として制御コンピュータ３０に取り込まれる。制御コンピュータ３０は、取り込んだ輝度信号情報に対して適当な処理を行い、モニタ７７上にＳＥＭ画像として表示される。

制御ユニット１０３は、電子銃電源２０、制御電圧源２１、加速電圧源２２、コンデンサレンズ電源２４、偏向コイル電源２５、収差補正器電源２６、走査コイル電源２７、対物レンズ電源２８、リターディング電源２９、絞り加熱電源３１、偏向コイル電源３２、イメージシフトコイル電源３３、２次電子検出器電源７４、ＥｘＢ偏向器電源７５、試料ステージ制御機構８１等により構成され、それぞれＳＥＭカラム内の対応する構成要素と、信号伝送路や電気配線等で接続されている。

イメージシフトの色分散抑制においては、偏向器７によって電子ビームを収差補正器１０の軸調整位置からからずらすことで行われる。その際、イメージシフトに対する偏向器７に入力する偏向信号と、偏向器８に入力される振り戻し用の偏向信号は、データストレージ７６上に格納されているあらかじめ決まった組み合わせのデータテーブルが用いられる。

テーブルデータはイメージシフトの位置と傾斜角の両方に応じた組み合わせが用いられる。装置調整者は、モニタ７７によってデータテーブルを確認することができ、操作卓７８を用いて更新することもできる。テーブルデータは各点毎に実際に与える値を記したデータでも良いし、イメージシフトの位置と角度を変数として、各入力値を算出する関数の係数データでもよい。

また、装置調整者は、制御電圧源２１に加速電圧の変調信号を加えたときのＳＥＭ像の移動を確認することで、色分散抑制効果を確認できる。さらに、コンピュータ３０に、特定の期間、例えば数日間隔といった一定期間毎に実施例２や実施例３で示した手法を用いて前記テーブルデータを更新させ、常に装置を最適動作させることも可能である。

1…ショットキー電子源、2…サプレッサー電極、3…引き出し電極、4…第1陽極、5…第2陽極、6…コンデンサレンズ、7…偏向器、8…偏向器、9…可動絞り、10…収差補正器、12…イメージシフトコイル、15…走査コイル、１6…第二コンデンサレンズ、17…対物レンズ、18…試料、20…電子銃電源、21…制御電圧源、22…加速電圧源、24…コンデンサレンズ電源、25…偏向コイル電源、26…収差補正器電源、27…走査コイル電源、28…対物レンズ電源、29…リターディング電源、30…制御コンピュータ、32…偏向器電源、33…イメージシフトコイル電源、60…光軸、61…電子銃、62…一次電子線、63…一次電子線収束点、71…ＥｘＢ偏向器、72…反射板、73…2次電子検出器、74…2次電子検出器電源、75…ＥｘＢ偏向器電源、76…データストレージ、77…モニタ、78…操作卓、80…試料ステージ、81…試料ステージ制御機構、100…真空容器、101…カラム、102…試料室、103…制御ユニット

Claims (8)

1. 荷電粒子線を試料に照射させる照射光学系と、前記荷電粒子線の照射により前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出光学系とを備えた荷電粒子線装置において、
   前記照射光学系は、
   荷電粒子線を放出する荷電粒子銃と、
   前記荷電粒子線を試料に集束させる対物レンズと、
   前記荷電粒子銃と前記対物レンズとの間に配置された収差補正器と、
   前記収差補正器からの前記荷電粒子線を偏向しイメージシフトを行う第１の偏向手段と、
   前記イメージシフトの移動量に基づいて、前記収差補正器への前記荷電粒子線の偏向量を制御する第２の偏向手段と、を有する荷電粒子線装置。
2. 請求項１の荷電粒子線装置において、
   前記収差補正器は、前記イメージシフトの移動量と第２の偏向手段の偏向量とに基づいて，収差量を変化させることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１の荷電粒子線装置において、
   前記制御は、前記イメージシフトによる色収差が最小となる位置へ前記荷電粒子線の入射位置を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項３の荷電粒子線装置において、
   前記第２の偏向手段の偏向量は、偏向色収差補正量を最小にする量であることを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１の荷電粒子線装置において、
   前記制御は、照射光学系の色分散が最小となる収差補正器への位置へ前記荷電粒子線の入射位置を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項５の荷電粒子線装置において、
   前記収差補正器は、前記荷電粒子線の入射位置に基づいて、照射光学系に生じる幾何収差を補正するように前記収差補正器の極子場の強度を変化させることを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１の荷電粒子線装置において、
   荷電粒子線装置は、測定する領域内において、前記イメージシフトの移動量と前記収差補正器の極子場の強度とに基づき、前記収差補正器への前記荷電粒子線の偏向量を記憶した記憶部を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１の荷電粒子線装置において、さらに
   前記照射光学系は照射する前記荷電粒子線の電圧を一時的に増減させる電圧増減手段と，
   前記イメージシフトを行いかつ前記電圧増減手段により電圧を増減させた複数の状態にて、複数の画像を取得する画像取得手段と，
   前記複数の画像に基づき、前記イメージシフトにて増減させた電圧における一定の電圧あたりの前記荷電粒子線の照射位置の移動ベクトルを計算する移動ベクトル計算手段と、を有し、
   前記第２の偏向手段は、前記移動ベクトルの大きさが最小となるよう前記収差補正器への前記荷電粒子線の入射位置を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。

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