JP6134145B2 - 荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における軌道修正方法 - Google Patents

荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における軌道修正方法 Download PDF

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Description

本発明は、荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置における軌道修正方法に関する。
走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）に代表される荷電粒子線装置は、試料に対する電子ビーム等の荷電粒子線の走査によって得られる荷電粒子（二次電子等）を検出し、画像を形成する装置である。特に半導体を測定あるいは検査するＳＥＭでは、電子線照射によって試料から発生する電子を検出することによって、試料の形状や組成を測定もしくはＬＳＩの欠陥を検査する。
三次元デバイスの歩留まり向上のため、電子線を用いた検査装置及び測定装置では三次元観察が重要な機能として求められる。ＳＥＭでの三次元観察には、ステージを傾斜して画像を取得する方法が用いられてきた。しかしながら、試料ステージやカラムを傾斜させるには機械的動作が必要であり、スループットや傾斜角度の再現性が劣化する課題がある。
ここで、機械的に傾斜させずに三次元観察を行うには、偏向器を用いてビームを傾斜する方法が考えられる。しかし、偏向器でビームを傾斜（偏向）させると、レンズの軸外収差が発生してビーム径が増大し、特に軸外色収差と偏向コマ収差により分解能が劣化する。ビーム傾斜時に発生する軸外収差を補正するには、対物レンズで発生する各収差に対して同量の逆符号の収差を別の光学要素で作り出す必要があり、以下の方法が知られている。
特許文献１では、各レンズの印加電圧、励磁電流を変化させた時の画像上の位置ずれが０になるよう光学条件を設定することで対物レンズの軸外色収差を補正する調整方法が示されている。
また、特許文献２では、ビームを傾斜しても試料での位置ずれが生じないステレオ観察を目的とした走査型電子顕微鏡が開示されている。特許文献２では、偏向器によって曲げられる中心軌道（偏向軌道）の偏向支点とレンズの物面位置を一致させることの有効性が示されている。
また、特許文献３では、電磁多極子を用いて色分散を発生させることで、ビーム傾斜時に発生する軸外色収差を補正する方法について示されている。さらに、特許文献４では、対物レンズよりも電子源側に設置された収差補正器の物点を動かすことなくビームを傾斜することで、ビーム傾斜時に発生する色収差および球面収差を収差補正器で補正することが記載されている。
特開２００６−１２６６４号公報 特開平０２−３３８４３号公報 特開２００１−１５０５５号公報 特開２００６−５４０７４号公報 特開２００２−３５２７５８号公報
特許文献１では、対物レンズ軸外でのレンズ作用を利用してビームを試料に対して傾斜させたときの軸外色収差を、対物レンズの上に配置される収差補正用レンズの軸外にビームを通過させて発生させる同量逆符号の軸外色収差で補正し、これにより、ビーム傾斜に伴う分解能劣化を抑制する。しかしながら、例えば、１０度を超える大角度で高い分解能のビーム傾斜画像を取得するには、軸外色収差と偏向コマ収差を同時に補正する必要がある。
ここで、対物レンズの偏向コマ収差を補正できる偏向コマ収差を発生させるためには大きな球面収差を有する収差補正用レンズが必要となる。その収差補正用レンズの軸外にビームを通過させると偏向コマ収差が発生する。しかしながら、球面収差により、ビームの軌道が近軸軌道から変化し、対物レンズへの入射角度と通過位置が変化する。その変化は傾斜角に対して非線形に発生し、それに伴って対物レンズでの発生収差量が非線形に変化する。したがって、傾斜角毎の収差量を制御するためには、対物レンズへ入射する角度と通過位置を管理する必要があり、そのためにビーム軌道の通過位置と入射角度の管理が必要となる。なお、上述では１０度を超える大角度におけるビーム傾斜について述べたが、これより小さい角度の傾斜でも、ビーム軌道のモニタ機能は、傾斜角度や分解能の再現性を高めるのに有用である。
また、特許文献２に示されるビーム傾斜時の位置ずれの低減を同時に実現するためには、対物レンズの物点が偏向支点となる傾斜軌道を実現するための軌道修正手段が必要となる。
本発明は、レンズに入射するビーム軌道のモニタ機能と、ビーム軌道の修正技術を提供する。
上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、一次荷電粒子線を供給するための荷電粒子源と、前記一次荷電粒子線の集束角度と集束位置を制御するためのコンデンサレンズと、前記一次荷電粒子線を試料上に集束させるための対物レンズと、前記一次荷電粒子線を前記試料上において走査させるための走査手段と、前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて試料像を生成する画像処理手段と、前記対物レンズの上方に配置され、レンズ作用を有する光学要素と軌道修正用偏向器とを備える軌道モニタユニットと、を備え、前記光学要素の印加電圧及び励磁電流は、前記一次荷電粒子線の軌道修正後に０に設定されることを特徴とする荷電粒子線装置が提供される。
また、他の例によれば、一次荷電粒子線を供給するための荷電粒子源と、前記一次荷電粒子線の集束角度と集束位置を制御するためのコンデンサレンズと、前記一次荷電粒子線を試料上に集束させるための対物レンズと、前記一次荷電粒子線を前記試料上において走査させるための走査手段と、前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出手段と、前記検出手段からの信号に基づいて試料像を生成する画像処理手段と、前記対物レンズの上方に配置され、レンズ作用を有する光学要素と軌道修正用偏向器とを備える軌道モニタユニットと、を備える荷電粒子線装置の軌道修正方法が提供される。当該荷電粒子線装置の軌道修正方法は、前記光学要素の印加電圧及び励磁電流を各々時間的に変化させる第１制御モードにおいて前記試料像の画像移動量が０になるように前記軌道修正用偏向器の印加電圧及び励磁電流を調整するステップと、前記光学要素の印加電圧及び励磁電流を０に設定するステップと、前記対物レンズの励磁電流を時間的に変化させる第２制御モードにおいて前記試料像の画像移動量が０になるように前記軌道修正用偏向器の印加電圧及び励磁電流を調整するステップと、を備える。
本発明によれば、レンズに入射するビーム軌道をモニタし、ビーム軌道を修正することが可能となる。
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成および効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
第１実施例に係る荷電粒子線装置の光学系の構成概略図である。 第２実施例に係る荷電粒子線装置の光学系の構成概略図である。 第３実施例に係る軌道モニタユニットの構成概略図である。 第４実施例に係る軌道モニタユニットの構成概略図である。 第１実施例における軌道修正のフローチャートである。 図５のＳ００５において画像移動量が０になった場合の一次電子の軌道を示す図である。 図５のＳ００９において画像移動量が０になった場合の一次電子の軌道を示す図である。 第４実施例における軌道修正のフローチャートである。 光学系制御部の構成を示す図である。
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
荷電粒子線装置は、電子や陽イオンなどの電荷をもつ粒子（荷電粒子）を電界で加速し、荷電粒子線を試料に照射する装置である。荷電粒子線装置は、試料と荷電粒子との相互作用を利用して、試料の観察、分析、加工などを行う。荷電粒子線装置の例として、電子顕微鏡、電子線描画装置、イオン加工装置、イオン顕微鏡などが挙げられる。本発明は、これらの荷電粒子線装置に適用可能である。
＜第１実施例＞
図１は、第１実施例に係る荷電粒子線装置の光学系の構成概略図である。まず、一次電子が試料に対して垂直に入射する際の動作を説明する。
陰極０１と第１陽極０２との間には高圧制御部１００により電圧が印加され、所定のエミッション電流で一次電子（一次荷電粒子線）３０が放出される。また、陰極０１と第２陽極０３との間には高圧制御部１００により加速電圧が印加され、一次電子３０は加速されて後段のレンズへ入射する。
荷電粒子線装置は、一次電子３０の集束角度と集束位置を制御するための複数のコンデンサレンズ０４、０６を備える。一次電子３０は、コンデンサレンズ制御部１０１により制御されるコンデンサレンズ０４で光軸１６上の点Ｐ１に収束され、その後、一次電子３０は、対物絞り０５を通過して不要な電子が除去される。その後、一次電子３０は、コンデンサレンズ制御部１０１で制御されるコンデンサレンズ０６で光軸１６上の点Ｐ２に収束される。
次に、一次電子３０は、収差補正用レンズ制御部１０３で制御される収差補正用レンズ０９に入射し、光軸１６上の点Ｐ３に収束される。このとき、一次電子３０は、対物レンズ制御部１０９で制御される対物レンズ１４に入射し、試料１５上で収束して微小スポットを形成する。
一次電子３０は、走査偏向器制御部１０７により制御される走査偏向器１３で試料１５上を平面的に走査される。一次電子３０により試料１５から発生する二次電子５０は、対物レンズ１４の上方に進行した後、二次電子分離用の直交電磁界発生装置（ＥＸＢ）４０により一次電子３０と分離されて、反射板４１に入射する。反射板４１では、二次電子５０から三次電子５１が発生する。三次電子５１は、検出器４２で検出される。検出器４２で検出された信号が、図示しない画像処理装置に送信され、画像処理装置は、検出器４２で検出された信号に基づいて一次電子３０の照射領域に対応する試料像を生成する。生成された試料像は、光学系制御部１１１を介して画像表示部１１２に表示される。なお、ステージ制御部１１０によって制御される図示しない試料ステージを制御して、試料１５の位置を制御してもよい。
図９は、光学系制御部１１１の構成を示す図である。光学系制御部１１１は、例えば、ワークステーションやパーソナルコンピュータなどの情報処理装置である。光学系制御部１１１は、中央演算処理装置と、補助記憶装置と、主記憶装置と、入出力装置とを備えている。例えば、中央演算処理装置は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ（又は演算部ともいう）で構成されている。例えば、補助記憶装置はハードディスクであり、主記憶装置はメモリであり、入出力装置は、キーボード及びポインティングデバイス（マウスなど）やディスプレイ（画像表示部１１２）である。なお、図２では、簡単のためこれらの構成要素の描画を省略している。
光学系制御部１１１は、高圧条件設定部２０１と、レンズ条件設定部２０２と、偏向器条件設定部２０３と、偏向器動作条件記録部１１３と、レンズ動作条件記録部１１４と、軌道演算部１１５と、電圧／電流制御部１１６とを備える。ここで、各設定部２０１、２０２、２０３、軌道演算部１１５、及び、電圧／電流制御部１１６は、コンピュータ上で実行されるプログラムの機能として実現してもよい。すなわち、これらの構成要素で実行される処理を、プログラムコードとしてメモリに格納して、ＣＰＵが各プログラムコードを実行することによって実現されてもよい。また、これらの構成要素を例えば、集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。なお、偏向器動作条件記録部１１３及びレンズ動作条件記録部１１４は、上述した記憶装置で実現される。
陰極０１、第１陽極０２及び第２陽極０３への高電圧、並びに、各レンズ、各偏向器の印加電圧及び励磁電流は、それぞれ、高圧条件設定部２０１、レンズ条件設定部２０２、偏向器条件設定部２０３で設定される。高圧条件設定部２０１、レンズ条件設定部２０２、偏向器条件設定部２０３で設定された条件に従って、各制御部１００〜１０９の動作が制御される。
次に、特許文献１に示される方法で軸外色収差を補正してビームを傾斜させる際の光学要素の動作を説明する。
偏向器制御部１０２で制御される収差制御用偏向器０８は、その中心が点Ｐ２となるように配置されている。また、偏向器制御部１０６で制御される傾斜用偏向器１１は、その中心が点Ｐ３と同じとなるように配置されている。このとき、収差補正用レンズ０９として、大きな色収差を発生させるが、球面収差は十分小さいレンズを用いる。
一次電子は、収差制御用偏向器０８で偏向され、収差補正用レンズ０９の軸外を通過する。さらに、一次電子は、傾斜用偏向器１１で逆方向に偏向することで対物レンズ１４の軸外を通過し、試料１５に対して傾斜して照射される。このとき一次電子は、軌道３１をとる（なお、点Ｐ３より下の軌道は一次電子３０の軌道と同様である）。この軌道３１は、近軸軌道と一致する。
一方、軸外色収差に加えて偏向コマ収差を補正するために、収差補正用レンズ０９として、色収差に加えて、十分大きな球面収差を持つレンズを用いた場合、一次電子は軌道３２をとる。軌道３２の場合、対物レンズ１４の物面Ｚ３で点Ｐ３から大きく離れた位置を通過する。以下では、この軌道３１から軌道３２への変化をモニタするための軌道モニタユニットの構成とそれを用いた軌道の修正方法について説明する。
本実施例の荷電粒子線装置は、軌道モニタユニットとして、軌道修正用偏向器１０と、傾斜用偏向器１１と、軌道モニタ用レンズ（レンズ作用を有する光学要素）１２とを備える。上述したように、傾斜用偏向器１１は、傾斜用偏向器１１の中心が対物レンズ１４の物点Ｐ３と一致するように配置される。また、軌道モニタ用レンズ１２は、傾斜用偏向器１１の近傍に光軸１６を中心軸とするように配置される。また、軌道修正用偏向器１０は、傾斜用偏向器１１及び軌道モニタ用レンズ１２の双方の上方に配置される。なお、軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流は偏向器制御部１０４で制御され、軌道モニタ用レンズ１２の印加電圧及び励磁電流はモニタ用レンズ制御部１０５で制御される。また、本実施例の特徴として、軌道モニタ用レンズ１２の印加電圧及び励磁電流は、軌道のモニタ及び修正を行わないときには０とする。
次に軌道の修正方法について説明する。一次電子を収差制御用偏向器０８で所定の角度だけ偏向して収差補正用レンズ０９を通過させると、上述した通り、球面収差により一次電子が点Ｐ３を通過しない。この軌道の変化を修正するために、軌道修正用偏向器１０により一次電子が軌道モニタ用レンズ１２のレンズ界分布の中心である点ＰＭを通過するように制御され、更に、軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１とを用いて一次電子が対物レンズ１４の中心を通過するように制御される。
その後、傾斜用偏向器１１に所定の角度だけ一次電子のビームを偏向するように印加電圧及び励磁電流を重畳すると、一次電子は軌道３０をとる。これにより、軌道３２から軌道３０へと修正され、軌道３０は点Ｐ３を通過する。
次に、軌道モニタ用レンズ１２の中心である点ＰＭに一次電子を通過させる方法を説明する。まず、軌道３２の状態で、軌道モニタ用レンズ１２にモニタ用レンズ制御部１０５で制御される印加電圧及び励磁電流を与え、周期的に時間変化させる。このとき、一次電子が軌道モニタ用レンズ１２の中心である点ＰＭを通過しないため、軌道モニタ用レンズ１２の軸外色収差が発生する。この収差は試料１５上での一次電子到着位置を変化させる。ここで、印加電圧及び励磁電流の変化とともにその収差量が変化するため、画像表示部１１２に表示される試料１５の画像が時間とともに移動する。
その後、偏向器制御部１０４で制御される軌道修正用偏向器１０に印加電圧及び励磁電流を与え、一次電子の軌道を偏向して一次電子の軌道モニタ用レンズ１２への入射位置を変える。ここで、画像表示部１１２に表示される試料１５の画像の移動量が０になるように、軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流量を調整する。この調整によって、一次電子に点ＰＭを通過させることができる（図６の軌道３３）。
次に、対物レンズ１４の中心へ入射させる方法を説明する。上述の調整後に、点ＰＭを一次電子が通過する印加電圧及び励磁電流を軌道修正用偏向器１０に設定したまま、軌道モニタ用レンズ１２の印加電圧及び励磁電流を０にする。その後、対物レンズ１４の励磁電流を周期的に時間変化させる。一次電子が点ＰＭから傾斜して入射するため、一次電子が対物レンズ１４の軸外を通過し、軸外色収差が発生する。これにより、画像表示部１１２に表示される試料１５の画像が時間的に移動する。
ここで、軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１を２段偏向器として動作させ、その仮想偏向支点を点ＰＭに一致させる。更に、画像移動量が０になるように軌道修正用偏向器１０及び傾斜用偏向器１１の印加電圧及び励磁電流を調整する。これにより、傾斜用偏向器１１の中心点Ｐ３から対物レンズ１４の中心に対して一次電子が入射する軌道が実現する（図７の軌道３４）。その後、傾斜用偏向器１１に所定の角度だけ一次電子を偏向させる印加電圧及び励磁電流を重畳させると、点Ｐ３より下方で軌道３２は軌道３０になる。
本実施例によれば、収差補正用レンズ０９の球面収差による軌道の変化を修正し、対物レンズ１４の物点Ｐ３を偏向支点として対物レンズ１４へ入射する軌道が実現できる。これにより、観察位置ずれが少なく、高分解能の傾斜画像が取得できる。
また、本実施例の特徴は、軌道モニタ用レンズ１２及び対物レンズ１４の励磁電流変化時の画像移動量が０になるように各偏向器の印加電圧及び励磁電流を調整することにより、一次電子の軌道を対物レンズ１４の物点Ｐ３と対物レンズ１４の中心の２点を結ぶ軌道にすることができる点にある。この構成によれば、収差補正用レンズ０９の球面収差による軌道の変化を消すことができ、軸外色収差、偏向コマ収差及び傾斜角度を自由に制御することができる。その結果、大角度傾斜に不可欠な軸外色収差と偏向コマ収差の補正が実現でき、ビーム傾斜時の位置ずれを低減することもできる。また、本実施例における軌道モニタ用レンズ１２に関しては、一次電子の軌道をモニタする際にのみ動作し（ＯＮとなる）、傾斜画像を取得する際には、印加電圧及び励磁電流を０（すなわち、ＯＦＦとなる）にするため、そのレンズ作用及び収差は分解能に影響しない。
また、本実施例によれば、ビーム軌道をモニタすることにより、小さな角度の傾斜でも傾斜角度や分解能の再現性を高めることができる。
＜第２実施例＞
図２は、本発明の第２実施例に係る荷電粒子線装置の構成概略図である。図２において、図１と同じ要素には同じ番号を付しており、以下で説明される構成要素以外の構成要素は、図１と同様の構成である。
本実施例では、傾斜用偏向器１１及び軌道モニタ用レンズ１２は、同じ高さに配置される。また、傾斜用偏向器１１及び軌道モニタ用レンズ１２は、対物レンズ１４の物点Ｐ３に傾斜用偏向器１１の偏向界分布の中心が配置され、且つ対物レンズ１４の物点Ｐ３に軌道モニタ用レンズ１２のレンズ界分布の中心ＰＭが一致するように、配置される。
第１実施例の方法で軌道を修正した後に一次電子のビームを傾斜させると、一次電子は軌道３５をとる。第１実施例では、軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１の仮想偏向支点と軌道モニタ用レンズ１２のレンズ界中心点ＰＭの一致の精度が、軌道修正の精度を決定する。本実施例の場合は、対物レンズ１４の物点Ｐ３から対物レンズ１４の中心へ一次電子を入射させる際に、傾斜用偏向器１１のみを使用するため、最も高精度で軌道を修正でき、一次電子のビームの傾斜時の位置ずれを防ぎつつ、収差を補正することができる。
＜第３実施例＞
図３は、本発明の第３実施例に係る軌道モニタユニットの構成概略図である。本実施例では、第２実施例で示した構成を実現する最も好適な例を説明する。
本実施例では、傾斜用偏向器１１及び軌道モニタ用レンズ１２を、４つの磁極からなる偏向ユニット２２０として構成する。偏向ユニット２２０は、４つの偏向器２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄを備える。４つの偏向器２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄのそれぞれは、コイルが巻かれた極子を備える。
本実施例では、４つの偏向器２１１ａ、２１１ｂ、２１１ｃ、２１１ｄの極子に巻かれるコイルに対して同じ大きさの電流を流し、且つ、互いに向かい合う偏向器のコイルでは電流を逆方向に流す。このとき、例えば、偏向器２１１ａと偏向器２１１ｃがＮ極、偏向器２１１ｂと偏向器２１１ｄがＳ極として作用し、偏向ユニット２２０は、磁界型の４極子レンズとして作用する。また、互いに向かい合う偏向器のコイルに同じ向きで同じ大きさの電流を流す。このとき、例えば、偏向器２１１ａがＮ極、偏向器２１１ｃがＳ極として作用し、偏向ユニット２２０は偏向器として作用する。これにより、偏向ユニット２２０は４極子レンズと偏向器の両方を兼ね備えたものとなる。しかも、同じ磁極、コイルを用いているため４極子界と偏向界の磁界分布の中心位置が同じとなる。
また、代替の例として、磁極の無い偏向器を用いても良い。この場合、コイルを直交する４つのブロックに分割して巻き、各ブロックに前記のように電流を加えれば同じく４極子レンズ作用が得られる。この場合、偏向器として使用する際の収差を抑制するためにコイルを鞍形に巻くことが望ましい。また、上述した磁界型の偏向ユニットに代えて、４つの電極からなる電界型の偏向ユニットを用いても良い。
本実施例では、４つの極子あるいはブロックに加える電流の方向及び電圧の極性を変えると、４極子レンズ作用と偏向作用の切り替えができる点に特徴がある。そのため、必要な電源はＸ方向とＹ方向の偏向器を動作させる２つで十分である。
＜第４実施例＞
図４は、本発明の第４実施例に係る軌道モニタユニットの構成概略図である。本実施例では、軌道モニタユニットを従来の収差補正器（例えば、特許文献３及び特許文献４）に適用する場合を説明する。
収差補正器に入射する電子軌道が変化した場合には補正器の調整を再度行う必要がある。特に電子銃部の真空度が低下した際に、電子銃部のベーキング処理を行う必要があり、処理の前後で電子軌道が変化することは避けられない。このような場合の調整手順を簡略化するために本発明を適用することができる。
収差補正器３０５は、荷電粒子線装置の光学系で生じる収差を補正するためのものである。収差補正器３０５の上方に２段の軌道モニタ用レンズ３０２、３０４が配置されている。更に、収差補正器３０５の上方に２段の軌道修正用偏向器３０１、３０３が配置されている。下段側の軌道修正用偏向器３０３は、上段側の軌道モニタ用レンズ３０２と同じ高さで、且つ上段側の軌道モニタ用レンズ３０２と共通の中心を有するように配置される。また、上段側の軌道修正用偏向器３０１は、下段側の軌道修正用偏向器３０３及び上段側の軌道モニタ用レンズ３０２の上方に配置される。
本実施例では、まず、第１実施例で示した手順に従って、一次電子３０６を上段側の軌道修正用偏向器３０１を用いて上段側の軌道モニタ用レンズ３０２の中心を通過させ、更に、下段側の軌道修正用偏向器３０３を用いて下段側の軌道モニタ用レンズ３０４の中心を通過させる。これにより、一次電子は軌道３０６をとる。その結果、上段側の軌道モニタ用レンズ３０２と下段側の軌道モニタ用レンズ３０４の中心の２点を結ぶ軌道で収差補正器３０５へ入射する。
本実施例によれば、上段側の軌道修正用偏向器３０１に入射する一次電子の軌道が変化しても、収差補正器３０５へ入射する軌道を修正することができる。そのため、一度収差補正器３０５を調整しておけば、入射軌道の変化に対して前記の軌道修正作業を行うだけでよく、収差補正器３０５の再調整が不要となる。したがって、収差補正器に入射する電子軌道が変化した場合の調整手順を簡略化することができる。また、本実施例で示した２段の軌道モニタ用レンズ３０２、３０４と２段の軌道修正用偏向器３０１、３０３を任意の光学要素の上に配置することで入射軌道を修正できることは言うまでもない。
＜第１実施例における軌道修正処理の流れ＞
次に、第１実施例における軌道修正の流れを説明する。図５は、第１実施例における軌道修正のフローチャートである。
まず、ステップＳ００１において、コンデンサレンズ０４、コンデンサレンズ０６、収差補正用レンズ０９、及び対物レンズ１４に所定の電流及び電圧を印加し、光学条件を設定する。このとき、光学系制御部１１１のレンズ条件設定部２０２によって各レンズが制御される。
次に、ステップＳ００２において、一次電子のビームの傾斜角度を決定し、補正用の収差を発生させる。そのため、収差制御用偏向器０８の印加電圧及び励磁電流を設定し、一次電子のビームを所定の角度だけ偏向し、収差補正用レンズ０９を通過させる。なお、光学系制御部１１１の偏向器条件設定部２０３によって収差制御用偏向器０８が制御される。
次に、ステップＳ００３において、軌道モニタ用レンズ１２に電流及び電圧を印加し、軌道モニタ用レンズ１２の印加電圧及び励磁電流を時間変化させる（第１制御モード）。このとき、光学系制御部１１１のレンズ条件設定部２０２が、モニタ用レンズ制御部１０５を介して軌道モニタ用レンズ１２を制御する。
次に、ステップＳ００４において、軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流を設定し、一次電子の軌道を偏向する。このとき、光学系制御部１１１の偏向器条件設定部２０３が、偏向器制御部１０４を介して軌道修正用偏向器１０を制御する。
次に、ステップＳ００５において、試料１５の画像の画像移動量が０になるかを判定する。画像移動量が０でなければ、ステップＳ００４に戻り、軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流量を変更する。画像移動量が０の場合は、画像移動量が０になる軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流量を設定し、一次電子に点ＰＭを通過させる。このとき一次電子は図６の軌道３３をとる。なお、光学系制御部１１１は、画像移動量が０になる軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流量を偏向器動作条件記録部１１３に記録する。
ステップＳ００４における軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流量の設定と、ステップＳ００５における画像移動量が０であるかの判定は、オペレータを介して実行されてもよいし、光学系制御部１１１によって自動化されてもよい。例えば、光学系制御部１１１の電圧／電流制御部１１６は、画像移動量を自動的に算出し、画像移動量が０になるように軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流量を変更する。例えば、電圧／電流制御部１１６に特許文献５に記載の技術を適用することにより、画像移動量が０になるように軌道修正用偏向器１０の印加電圧及び励磁電流量を自動的に変更する処理が可能となる。
次に、ステップＳ００６において、軌道モニタ用レンズ１２の印加電圧及び励磁電流を０にする。次に、ステップＳ００７において、対物レンズ１４に流す励磁電流を時間変化させる（第２制御モード）。これらの処理は、光学系制御部１１１のレンズ条件設定部２０２によって制御される。
次に、ステップＳ００８において、偏向器制御部１０４、１０６により制御される軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１を２段偏向器として動作させ、仮想偏向支点を点ＰＭとして軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１の印加電圧及び励磁電流を設定する。このとき、軌道修正用偏向器１０には、ステップＳ００５で調整した印加電圧及び励磁電流を重畳する。
次に、ステップＳ００９において、試料１５の画像の画像移動量が０になるか判定する。画像移動量が０でなければ、ステップＳ００８に戻り、軌道修正用偏向器１０及び傾斜用偏向器１１の印加電圧及び励磁電流を変更する。画像移動量が０の場合は、光学系制御部１１１は、画像移動量が０になる軌道修正用偏向器１０及び傾斜用偏向器１１の印加電圧及び励磁電流量を偏向器動作条件記録部１１３に記録する。このとき一次電子は図７の軌道３４をとり、点Ｐ３から対物レンズ１４の中心へ入射する。
ステップＳ００８における軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１の印加電圧及び励磁電流の設定と、ステップＳ００９における画像移動量が０であるかの判定は、オペレータを介して実行されてもよいし、光学系制御部１１１によって自動化されてもよい。例えば、光学系制御部１１１の電圧／電流制御部１１６は、画像移動量を自動的に算出し、画像移動量が０になるように軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１の印加電圧及び励磁電流量を変更する。上述したように、電圧／電流制御部１１６に特許文献５に記載の技術を適用することにより、画像移動量が０になるように軌道修正用偏向器１０と傾斜用偏向器１１の印加電圧及び励磁電流量を自動的に変更する処理が可能となる。
次に、ステップＳ０１０において、傾斜用偏向器１１にステップＳ００９において求めた軌道修正用の印加電圧及び励磁電流量に加えて、所定の角度だけ一次電子を偏向するための印加電圧及び励磁電流量を重畳し、一次電子を傾斜させる。
次に、ステップＳ０１１において、ステップＳ０１０で発生した像面湾曲と非点収差を対物レンズ１４と非点補正器０７に流す励磁電流を調整することで補正する。なお、非点補正器０７の励磁電流は非点補正器制御部１０８で制御される。光学系制御部１１１は、ここでの各調整量をレンズ動作条件記録部１１４に記録する。
次に、ステップＳ０１２で、ステップＳ０１１までで設定された撮像条件で荷電粒子線装置は傾斜画像を取得する。その後、ステップＳ０１３において、傾斜角度及び傾斜方向の変更を行うか否かを判定し、変更する場合は、ステップＳ００２に戻る。ステップＳ００２に戻った場合には、新たに収差制御用偏向器０８の印加電圧及び励磁電流を設定する。以上の流れで軌道修正後に傾斜画像を取得することができる。
なお、第２実施例の場合についても同様のフローで軌道修正が可能である。この場合、図５のステップＳ００８、ステップＳ００９において、傾斜用偏向器１１のみを用いて一次電子を偏向して、画像移動量を０にするよう印加電圧及び励磁電流を調整すれば良い。
光学系制御部１１１内の偏向器動作条件記録部１１３とレンズ動作条件記録部１１４に記録された印加電圧及び励磁電流量をテーブル化してもよい。例えば、レンズの光学条件、傾斜角、傾斜方向毎に偏向器動作条件記録部１１３とレンズ動作条件記録部１１４に記録された印加電圧及び励磁電流量の情報を所定の記録部にテーブル構造として記録する。このテーブル構造の情報を用いることで一次電子ビームの傾斜時の調整を簡略化することができる。
また、特許文献１では、収差補正レンズと対物レンズの印加電圧及び励磁電流量を同期させて時間変化させた際に、画像移動量を０にするように収差制御用偏向器と傾斜用偏向器の印加電圧及び励磁電流量を調整して傾斜時の軸外色収差を０にする条件を自動調整する。この方法もしくはレンズの印加電圧及び励磁電流の代わりに加速電圧を変化させる方法を組み合わせることで、軌道修正及び傾斜時の軸外色収差を０にする条件の自動調整が可能である。
また、偏向器動作条件記録部１１３とレンズ動作条件記録部１１４に記録された印加電圧及び励磁電流量を軌道演算部１１５に引き渡して、軌道計算を行ってもよい。軌道演算部１１５は、一次電子が軌道修正用偏向器１０の中心を通過する際の光軸１６からの離軸量と入射角度をレンズ条件毎に演算する。例えば、予め装置性能を満たす離軸量と入射角度の許容量を設定しておく。軌道演算部１１５によって計算された値が、その許容量を逸脱する場合に、レンズの光学条件の設定や収差制御用偏向器０８の印加電圧及び励磁電流量の設定、レンズの光軸調整の異常を判定することができる。
＜第４実施例における軌道修正処理の流れ＞
次に、第４実施例における軌道修正の流れを説明する。図８は、第４実施例における軌道修正のフローチャートである。
まず、収差補正器３０５は、光軸に沿って垂直入射する一次電子に対して調整済みであるとする。ベーキング処理などにより一次電子の入射軌道が変化した場合には、ステップＳ１０１において、上段側の軌道モニタ用レンズ３０２に印加電圧及び励磁電流を設定し、その印加電圧及び励磁電流量を時間的に変化させる（第３制御モード）。
次に、ステップＳ１０２において、上段側の軌道修正用偏向器３０１の印加電圧及び励磁電流を設定し、一次電子を偏向する。
次に、ステップＳ１０３において、試料１５の画像の画像移動量が０になるかを判定する。画像移動量が０でなければ、ステップＳ１０２に戻り、上段側の軌道修正用偏向器３０１の印加電圧及び励磁電流を変更する。画像移動量が０の場合はステップＳ１０４へ進む。
次に、ステップＳ１０４において、上段側の軌道モニタ用レンズ３０２の印加電圧及び励磁電流を０にする。次に、ステップＳ１０５において、下段側の軌道モニタ用レンズ３０４の印加電圧及び励磁電流を設定し、その印加電圧及び励磁電流量を時間的に変化させる（第４制御モード）。
次に、ステップＳ１０６において、下段側の軌道修正用偏向器３０３の印加電圧及び励磁電流を設定する。次に、ステップＳ１０７において、試料１５の画像の画像移動量が０になるかを判定する。画像移動量が０でなければ、ステップＳ１０６に戻り、下段側の軌道修正用偏向器３０３の印加電圧及び励磁電流を変更する。画像移動量が０の場合はステップＳ１０８へ進む。
最後に、ステップＳ１０８において、下段側の軌道モニタ用レンズ３０４の印加電圧及び励磁電流を０とすれば、第４実施例における軌道修正が終了する。一次電子の軌道修正後の軌道は図４に示した軌道３０６となる。すなわち、一次電子は、上段側の軌道モニタ用レンズ３０２と下段側の軌道モニタ用レンズ３０４の中心の２点を結ぶ軌道で収差補正器３０５へ入射する。
第２実施例乃至第４実施例の場合においても、実施例１の場合と同様に軌道修正の自動化が可能である。また、軌道修正用偏向器へ入射する軌道の光軸からの離軸量と入射角度の演算が可能であることは言うまでもない。
また、図８のステップＳ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０６、Ｓ１０７の処理を自動化してもよい。例えば、電圧／電流制御部１１６は、第３制御モードにおいて試料像の画像移動量が０になるように上段側の軌道修正用偏向器３０１の印加電圧及び励磁電流を調整し、第４制御モードにおいて試料像の画像移動量が０になるように下段側の軌道修正用偏向器３０３の印加電圧及び励磁電流を調整する。
なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることがあり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
また、図面における制御線や情報線は、説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。
０１ 陰極
０２ 第１陽極
０３ 第２陽極
０４ コンデンサレンズ
０５ 対物可動絞り
０６ コンデンサレンズ
０７ 非点補正器
０８ 収差制御用偏向器
０９ 収差補正用レンズ
１０ 軌道修正用偏向器
１１ 傾斜用偏向器
１２ 軌道モニタ用レンズ
１３ 走査用偏向器
１４ 対物レンズ
１５ 試料
１６ 光軸
３０ 軌道
３１ 軌道
３２ 軌道
３３ 軌道
３４ 軌道
３５ 軌道
４０ 直交電磁界発生装置（ＥＸＢ）
４１ 反射板
４２ 検出器
１００ 高圧制御部
１０１ コンデンサレンズ制御部
１０２ 偏向器制御部
１０３ 収差補正用レンズ制御部
１０４ 偏向器制御部
１０５ モニタ用レンズ制御部
１０６ 偏向器制御部
１０７ 偏向器制御部
１０８ 非点補正器制御部
１０９ 対物レンズ制御部
１１０ ステージ制御部
１１１ 光学系制御部
１１２ 画像表示部
１１３ 偏向器動作記録部
１１４ レンズ動作記録部
１１５ 軌道演算部
１１６ 電圧／電流制御部
２０１ 高圧条件設定部
２０２ レンズ条件設定部
２０３ 偏向器条件設定部
２１１ａ 偏向器
２１１ｂ 偏向器
２１１ｃ 偏向器
２１１ｄ 偏向器
２２０ 偏向ユニット
３０１ 上段側軌道修正用偏向器
３０２ 上段側軌道モニタ用レンズ
３０３ 下段側軌道修正用偏向器
３０４ 下段側軌道モニタ用レンズ
３０５ 収差補正器
３０６ 軌道

Claims (11)

  1. 一次荷電粒子線を供給するための荷電粒子源と、
    前記一次荷電粒子線の集束角度と集束位置を制御するためのコンデンサレンズと、
    前記一次荷電粒子線を試料上に集束させるための対物レンズと、
    前記一次荷電粒子線を前記試料上において走査させるための走査手段と、
    前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出手段と、
    前記検出手段からの信号に基づいて試料像を生成する画像処理手段と、
    前記対物レンズの上方に配置され、レンズ作用を有する光学要素と、前記光学要素の上方に配置された軌道修正用偏向器とを備える軌道モニタユニットと、
    前記光学要素の印加電圧及び励磁電流を各々時間的に変化させる第１制御モードと、前記対物レンズの励磁電流を時間的に変化させる第２制御モードとを備える制御部と、
    前記第１制御モード及び前記第２制御モードにおいて前記試料像の画像移動量が０になるように前記軌道修正用偏向器の印加電圧及び励磁電流を調整する電圧／電流制御部と
    を備え、
    前記第１制御モードにおける前記画像移動量は、前記光学要素の前記印加電圧及び前記励磁電流の時間的変化により生じる画像の移動量であり、
    前記第２制御モードにおける前記画像移動量は、前記対物レンズの前記励磁電流の時間的変化により生じる画像の移動量であり、
    前記光学要素の前記印加電圧及び前記励磁電流は、前記一次荷電粒子線の軌道修正後に０に設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記光学要素は、レンズ作用を有する１つの光学要素であり、前記軌道修正用偏向器は、２つの偏向器から構成され、
    前記２つの偏向器のうち一方の偏向器と前記光学要素は、同じ高さに配置され且つ前記一方の偏向器の中心と前記光学要素の中心とが一致するように配置され、
    前記２つの偏向器のうち他方の偏向器が、前記一方の偏向器及び前記光学要素の上方に配置されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
    前記光学要素は、磁界型もしくは電界型の４つの極子を備え、前記一方の偏向器の軌道修正機能も兼ね備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記光学要素の前記印加電圧及び前記励磁電流は、前記軌道修正用偏向器により前記一次荷電粒子線が前記光学要素の中心を通過する軌道に修正された後に０に設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記一次荷電粒子線の傾斜時の前記対物レンズの収差を補正するための収差補正用レンズと、
    前記収差補正用レンズの軸外に前記一次荷電粒子線を通過させるための偏向器と、
    を更に備え、
    前記光学要素は、前記光学要素の中心が前記対物レンズの物点と一致するように配置され、
    前記軌道モニタユニットが、前記収差補正用レンズの球面収差による軌道の変化を修正することを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 請求項５に記載の荷電粒子線装置において、
    前記軌道モニタユニットは、前記一次荷電粒子線の軌道を前記対物レンズの前記物点と前記対物レンズの中心の２点を結ぶ軌道にすることを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記電圧／電流制御部によって調整された前記軌道修正用偏向器の前記印加電圧及び前記励磁電流を記録する記録部と、
    前記記録部に記録された前記軌道修正用偏向器の前記印加電圧及び前記励磁電流を用いて前記一次荷電粒子線の軌道を演算する軌道演算部と、
    を更に備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 一次荷電粒子線を供給するための荷電粒子源と、
    前記一次荷電粒子線の集束角度と集束位置を制御するためのコンデンサレンズと、
    前記一次荷電粒子線を試料上に集束させるための対物レンズと、
    前記一次荷電粒子線を前記試料上において走査させるための走査手段と、
    前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出手段と、
    前記検出手段からの信号に基づいて試料像を生成する画像処理手段とを備える荷電粒子線装置において、
    前記荷電粒子線装置の光学系の収差を補正するための収差補正器と、
    前記収差補正器の上方に配置された、軌道修正用偏向器としての上側偏向器及び下側偏向器と、
    前記収差補正器の上方に配置された、上側光学要素及び下側光学要素と、
    前記上側光学要素の印加電圧及び励磁電流を各々時間的に変化させる第３制御モードと、前記下側光学要素の印加電圧及び励磁電流を各々時間的に変化させる第４制御モードとを備える制御部と、
    前記第３制御モードにおいて前記試料像の画像移動量が０になるように前記上側偏向器の前記印加電圧及び前記励磁電流を調整し、前記第４制御モードにおいて前記試料像の画像移動量が０になるように前記下側偏向器の前記印加電圧及び前記励磁電流を調整する電圧／電流制御部と
    を備え、
    前記下側偏向器と前記上側光学要素は、同じ高さに配置され且つ前記下側偏向器の中心と前記上側光学要素の中心が一致するように配置されており、
    前記第３制御モードにおける前記画像移動量は、前記上側光学要素の前記印加電圧及び前記励磁電流の時間的変化により生じる画像の移動量であり、
    前記第４制御モードにおける前記画像移動量は、前記下側光学要素の前記印加電圧及び前記励磁電流の時間的変化により生じる画像の移動量であることを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    前記上側光学要素の前記印加電圧及び前記励磁電流が、前記一次荷電粒子線の軌道修正後に０に設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    前記上側光学要素の中心と前記下側光学要素の中心の２点を結ぶ軌道に修正することを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 一次荷電粒子線を供給するための荷電粒子源と、
    前記一次荷電粒子線の集束角度と集束位置を制御するためのコンデンサレンズと、
    前記一次荷電粒子線を試料上に集束させるための対物レンズと、
    前記一次荷電粒子線を前記試料上において走査させるための走査手段と、
    前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出手段と、
    前記検出手段からの信号に基づいて試料像を生成する画像処理手段と、
    前記対物レンズの上方に配置され、レンズ作用を有する光学要素と、前記光学要素の上方に配置された軌道修正用偏向器とを備える軌道モニタユニットと、を備える荷電粒子線装置における軌道修正方法であって、
    前記光学要素の印加電圧及び励磁電流を各々時間的に変化させる第１制御モードにおいて前記試料像の画像移動量が０になるように前記軌道修正用偏向器の印加電圧及び励磁電流を調整するステップと、
    前記光学要素の印加電圧及び励磁電流を０に設定するステップと、
    前記対物レンズの励磁電流を時間的に変化させる第２制御モードにおいて前記試料像の画像移動量が０になるように前記軌道修正用偏向器の印加電圧及び励磁電流を調整するステップと、
    を備え、
    前記第１制御モードにおける前記画像移動量は、前記光学要素の前記印加電圧及び前記励磁電流の時間的変化により生じる画像の移動量であり、
    前記第２制御モードにおける前記画像移動量は、前記対物レンズの前記励磁電流の時間的変化により生じる画像の移動量であることを特徴とする荷電粒子線装置の軌道修正方法。
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