JP6150991B2

JP6150991B2 - 電子ビーム照射装置

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Publication number: JP6150991B2
Application number: JP2012159179A
Authority: JP
Inventors: シャヘドゥルホック; 源川野
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2012-07-18
Filing date: 2012-07-18
Publication date: 2017-06-21
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Description

本発明は、電子ビーム照射装置に係り、特に後方散乱電子を検出する検出器を複数備えた電子ビーム照射装置に関する。

電子ビーム照射装置の一態様である走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）は、電子ビーム（以後、１次ビーム、又は１次電子と称することもある）を試料上照射することによって、試料から放出される２次電子（Secondary Electron：ＳＥ）や後方散乱電子（Backscattered Electron：ＢＳＥ（以下、反射電子と称することもある））を検出する装置である。その信号を画像やラインプロファイルに変換することによって、試料の観察、検査、或いは測定を行うことができる。電子顕微鏡は特に半導体デバイスの計測に広く応用されており、その計測技術が多彩な形状のパターンに適用していく必要がある。

特許文献１には、４つの反射電子検出器を備えた電子ビーム照射装置が開示されている。４つの反射電子検出器は、電子ビーム光軸を中心として、軸対称に配置され、それぞれの方向に放出された反射電子を検出する。低角方向に放出される反射電子（電子ビーム光軸に近い軌道を通過する反射電子に対し、相対的に試料表面に近い軌道を通過する反射電子）は、パターンのエッジの向きに応じて放出される方向が変化するため、複数の反射電子検出器を設けることによって、パターンの陰影コントラストが明確な画像を形成することができる。

特開平９−３６０１９号公報（対応米国特許USP 5,708,276）

一方、反射電子を高効率に検出するためには、検出器に１０kV程度の高電圧を印加する必要がある。特許文献１に示されているように、電子ビーム光軸に対し、複数の検出器を軸対称に配置すれば、理論上は、印加電圧に基づく電子ビームに対する電界の影響は軸対称となる。しかしながら、発明者らの検討によって、実際には非対称となる可能性があることが明らかになった。これは電子顕微鏡の組み立て誤差や、電子顕微鏡外部からの外乱に起因するものと考えられる。今後、走査電子顕微鏡には更なる高精度化が求められるようになり、わずかな電界の非対称状態によって生じる軸ずれや収差が無視できなくなる可能性もある。

以下に、検出器が発生する電界の影響を抑制することを目的とする複数の後方散乱電子検出器を備えた電子ビーム照射装置を提案する。

上記目的を達成するための一態様として、電子源から放出される電子ビームを走査する走査偏向器を備えた電子ビーム照射装置であって、複数の後方散乱電子検出器と、当該複数の後方散乱電子のそれぞれに電圧を印加する検出器用電源と、前記複数の後方散乱電子検出器に電圧を印加したときの像ずれに基づいて、前記検出器用電源の印加電圧を調整する制御装置を備えた電子ビーム照射装置を提案する。

より具体的な一態様として、複数の後方散乱電子検出器は、電子ビームの理想光軸について、軸対称に配置されている電子ビーム照射装置を提案する。

また、より具体的な一態様として、制御装置は、前記像ずれを抑制するように前記電源を調整する電子ビーム照射装置を提案する。

上記構成によれば、後方散乱電子検出器を複数備えた電子ビーム照射装置において、検出器が発生する電界による軸ずれを抑制することが可能となる。

走査電子顕微鏡の一例を示す図。４方向に配置されたＢＳＥ検出器を示す図。理想的な位置からずれて配置された検出器の例を示す図。検出器への電圧印加によって視野が移動する様子を示す図。検出器への印加電圧を調整するユーザーインターフェースの一例を示す図。電圧調整結果を確認する画面例を示す図。電子ビームの通過軌道を示す図。電子ビーム光学系と、走査信号と電極への印加電圧の制御系の例。電極に印加する電圧を異なる値に設定する例を示す図。対称的に配置する電極の組毎に印加電圧を設定し、調整する例を示す図。検出器以外に配置する付属電極を示す図。走査電子顕微鏡の制御装置の一例を示す図。検出器への印加電圧条件決定工程を示すフローチャート。

ＳＥＭで試料の観察・計測を行う際に、電子ビーム照射による試料のダメージを低減するために、プローブ電流を少なくする必要がある。ＳＥは収量が高いため、通常小プローブ電流でＳＥＭ画像生成にはＳＥ信号を利用する。しかし、ＳＥは出射エネルギーが低いため、試料の帯電やコンタミネーションの影響に敏感であり、試料の凹凸形状が正確に表現できない。特にチップレジストのラインとスペースの取り違え、Self-Aligned Double Patterning（ＳＡＤＰ）ラインのコアとギャップの取り違えなど、次世代デバイスの計測における課題がある。

そこで、試料面内方向に近い角度へ出射する反射電子（低角ＢＳＥ）はエネルギーが高く試料表面形状の情報を有するため、上記の課題を解決することができる。特に、多方向に検出器を配置し、試料から出射する方向を保ったまま低角ＢＳＥを検出器に取り込めば、得られる画像の陰影コントラストより表面の凹凸を正確に把握できる。図２に、理想光軸２０５（電子ビームを偏向しない場合の電子ビーム軌道）について、４つのＢＳＥ検出器を軸対称に配置した例を示す。ＢＳＥ２０１〜２０４を４方向に９０°間隔に配置すると、観察試料２０６上のパターン２０７の凹凸情報が得られる。ＢＳＥ検出器２０１、２０３には、パターン２０７の斜面ＣＤＦＥとＡＢＨＧから放出されたＢＳＥが多く到達するため、これらの検出器の出力に基づいて形成される画像は、これら斜面の情報を顕著に表現したものとなる。また、ＢＳＥ検出器２０２、２０４には、斜面ＡＢＤＣとＧＨＦＥから放出されたＢＳＥが多く含まれるため、画像はこれらの斜面の情報を顕著に表現したものとなる。

低角ＢＳＥの検出手段として様々な方式があり、蛍光体・ライトガイド・光電子増倍管からなるEverhart-Thornley型（ＥＴ型）検出器、半導体検出器、アバランシュダイオード、Multi-Channel Plate（ＭＣＰ）などがある。そのなかで、半導体検出器はゲインが低く、数ｐＡのプローブ電流では素子の暗電流（ｎＡオーダー）と信号の区別ができない。アバランシェダイオードは高ゲインであるが、素子の有効面積が狭く（例えば５０％程度）量子効率が低下するため、高ＳＮ比を得られない問題がある。ＭＣＰも有効面積が狭く、短寿命（in-lineのＳＥＭでは２〜６ヶ月）であるため、in-line装置には適しない。そこで、ゲインが高く、９０％以上の量子効率を持ち、寿命も長いＥＴ型検出器が適切である。但し、低角ＢＳＥは信号量が少ないという欠点があるため、ＳＮ比向上のために、試料（電子ビームの照射個所）と検出器の電子を受ける部分（検出面）との間に障害物を置かない直接検出方式を採用することが望ましい。

一方、蛍光体が発光する適切な電圧が８−１０kVであることから、通常ＥＴ型検出器では蛍光体に１０kV程度の電圧を印加する。検出器が１次ビームに近い場合、１次ビームがこの電圧の影響で軸ずれを起こしてしまう場合がある。これを回避するために、電圧ゼロのメッシュ電極を用いて１次ビームから検出器の電圧を遮断する方法が考えられるが、以下の理由で直接検出に適しない。つまり、リターディング電圧（試料に印加する負電圧）で１次ビームの照射エネルギーを決める場合、試料からのＳＥやＢＳＥが数kV以上のエネルギーを持つ。この電子を直接検出器に導くためには、検出器に印加する１０kV程度の電圧が必要になる。従って、メッシュ等で検出器の電圧を遮断した場合、ＢＳＥを検出器方向に引き込むための電場が足りなくなる。

このように、検出器に印加する電圧によって試料からのＢＳＥを引き込むようにすると、ＢＳＥと同じ通路を通過する１次ビームも偏向作用を受け、軸ずれを起こしてしまう。４方向検出では、検出器を対称的に配置すると、その中心付近を通過する１次ビームに作用する力が理論的につりあい、軸ずれがおきないと考えられる。しかし、実際に検出器の組み立て誤差等のため、中心から検出器の距離と配置角度に相違が生じる。その状況を図３に示す。ここで、ＢＳＥ検出器２０１〜２０４は図３に例示する構成の場合、設計上、Ｘ軸、Ｙ軸上に配置されるものであるが、実際にはＸ軸、Ｙ軸に対して相対角θ₁〜θ₄だけずれて配置されている。また、電子ビームの理想光軸から各検出器までの距離も本来であれば、同一であるが、図３の例ではｒ₁〜ｒ₄はばらついている。この状態で全ての検出器に同じ電圧を印加すると、１次ビームに働く力がつりあわず、偏向作用が生じて軸ずれが発生する。その結果として、視野ずれと偏向色収差による分解能低下（１次ビームのボケ）が生じる。

以下に説明する実施例では、上述のような分解能低下要因を抑制する電子ビーム照射装置の一例として複数のＢＳＥ検出器を備えた走査電子顕微鏡を詳細に説明する。

本実施例では主に軸ずれを防止するために、１次ビームへの偏向作用がゼロになるように検出器への印加電圧を調整する走査電子顕微鏡を提案する。このような構成によれば、電圧ゼロのメッシュ電極等を用い検出器の電圧を遮断して１次ビームの軸ずれを避けるのではなく、軸ずれの原因である電圧そのものを利用して軸ずれを防止する。上述のように、検出器に印加する高電圧は蛍光体を光らせるためのものであるが、本実施例装置では、この印加電圧によって生じる電界を積極的に利用して軸ずれを抑制する。この方法でＢＳＥの直接検出を行うことで高ＳＮ比を実現できる。さらに、印加電圧を利用して同時に収差補正や焦点距離の調整なども行うことができる。また、図３では、電極数Ｎ＝４の例を示したが、Ｎ≧３の場合であれば応用が可能である。

図１は、走査電子顕微鏡の概要を示す図である。電子源１０１から放出された電子ビーム１０２は、集束レンズ１０３によって集束された後に、偏向器１０４による偏向によって、試料１０６上を走査される。電子ビーム２の走査領域１０７（視野）から放出された電子はＢＳＥ検出器１０８やＳＥ検出器１０９によって捕捉され、画像化、或いは輝度プロファイル化される。ＢＳＥ検出器１０８は電子ビーム２の理想光軸について対称に３つ以上設けられている。対物レンズ１０５は試料直前に配置される最終レンズであり、対物レンズ１０５の集束作用によって試料上にビームが集束される。

図１２は、走査電子顕微鏡を制御する制御装置の詳細を示す図である。図１２は、４つのＢＳＥ検出器を備えた走査電子顕微鏡を例示しており、各ＢＳＥ検出器には、蛍光体（シンチレータ）１２０５〜１２０８が設けられており、当該蛍光体１２０５〜１２０８によって光に変換された信号は、ライトガイドを備えた光電子増倍管１２０１〜１２０４によって電子増倍され、二次電子信号としてフレームメモリ１２３３に走査信号と同期して登録される。光電子増倍管１２０１〜１２０４の出力は、それぞれの増幅器１２２１〜１２２４によって増幅された後、フレームメモリ１２３３に記憶される。また、フレームメモリ１２３３は図示しない二次電子検出器（ＳＥ検出器）の出力信号の記憶が可能なように構成されている。また、各蛍光体１２０５〜１２０８には可変可能な高電圧電源１２１１〜１２１４が接続されており、後述のように適正に制御された電圧が印加される。蛍光体に印加される電圧はおおよそ１０kVの高電圧であり、蛍光体を光らせる目的のもと印加される。

ＢＳＥ検出器の出力信号が入力され、且つ走査電子顕微鏡を制御するための制御信号を出力する制御装置１２３１には、先に説明した高電圧電源１２１１〜１２１４を制御する制御信号を発生する検出器印加電源制御部１２３２、フレームメモリ１２３３、及びフレームメモリ１２３３に記憶された信号に基づいて演算処理を行う演算処理装置１２３４が内蔵されている。演算処理装置１２３４には、２つの画像（画像信号）に表示されるパターン間のずれ（Δｘ，Δｙ）を測定する像ずれ量測定部１２３５、予め図示しない記憶媒体に記憶されたテンプレートを用いてパターンマッチングを実行するパターンマッチング部１２３６、及び像ずれ量に基づいた補正された電圧が高電圧印加電源１２１１〜１２１４から各蛍光体に印加されるよう、像ずれに応じた補正信号（調整信号）を検出器印加電圧制御部１２３２に供給する補正量演算部１２３７が内蔵されている。

ＢＳＥを複数方向に配置した検出器を用いて検出する場合、設計上は検出器を対称的に配置するが、実際には組み立て誤差等によって、複数の検出器が理想光軸を対称軸とした対称位置に配置されなくなる場合がある。その状態で全ての検出器に同時に電圧Ｖ_oを印加すると、１次ビームが軸ずれを起こす。そこで、印加電圧をＶ_o付近に調整することで１次ビームの軸ずれを補正する方法を提案する。なお、上述のようにＢＳＥ検出器の蛍光体には高電圧が印加され、高電圧が印加された蛍光体はビームを偏向するための偏向器として作用することになるため、当該高電圧が印加される部材を偏向器、或いは偏向器を構成する電極と表現する場合もある。

以下の説明では、偏向器として作用するＢＳＥ検出器に印加する電圧を適正に調整することによって、検出器起因の軸ずれを抑制する例を説明する。一例を挙げると、Ｎ個の電極（例えばシンチレーター）に印加する電圧を調整するために、その中の（Ｎ−２）個に印加する電圧を固定し、残りの２つの電圧を調整すればよい。Ｎ個の全てを可変にしてしまうと、解が一意的に決まらず、自動調整ができない。

以下に、具体的に電極数Ｎ＝４の場合を説明する（図４（ａ））。Ｎ≧３への一般化は容易である。ｉ番目（ｉ＝１，２，３，４）の電極のみに電圧を印加したときの１次ビーム移動量（視野ずれ、ＳＥＭ画面上でパターンの移動）をｘ_i，ｙ_i（ｉ＝１，２，３，４）とすると、ｘ_i，ｙ_iを用いて１次ビームが軸ずれを起こさない条件を求めることができる。図４（ｂ）に１番目にのみ電圧を印加したときの場合を示す。

しかし、印加電圧が高い場合は、実際にｘ_i，ｙ_iを直接測定するのは困難である。なぜならば、電極１つのみにその電圧を印加すると、視野ずれと収差に起因するボケが大きく、直接ｘ_i，ｙ_iの測定が不可能になる。

一方で、全ての電極に同時に同程度の電圧を印加すれば、ある程度バランスのとれた状態になり、１次電子の軸ずれが小さく、ＳＥＭ画面でパターンの移動が測定できる。図４（ｃ）にその状態を示す。この図で、印加電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４は近い値である。Ｖ１〜Ｖ４の組み合わせを４通り印加して、それぞれの組み合わせにおける視野移動量Ｘ_i，Ｙ_i（ｉ＝１，２，３，４）をＳＥＭ画像より測定し、Ｘ_i，Ｙ_iを用いてｘ_i，ｙ_iの値を抽出する。図４（ｄ）（ｅ）にＸ_i，Ｙ_iの例を示す。次に、ｘ_i，ｙ_iを用いて印加電圧の補正量を求める。

具体的に、検出器に印加する電圧の調整は以下の順番で行う。
（１）全ての電極に同時に４通りの電圧を印加し、移動量Ｘ_i，Ｙ_i（ｉ＝１，２，３，４）を測定する（図４（ｃ）でＶ１〜Ｖ４の組み合わせ４通り）。
（２）Ｘ_i，Ｙ_iからｘ_i，ｙ_iを計算する。
（３）電圧の調整量ΔＶを求める。
（４）調整の有効性の確認を行う。調整後も１次ビームが軸ずれを起こす場合、上の手順を繰り返し、調整精度を向上する。

次に（ｘ_i，ｙ_i），（Ｘ_i，Ｙ_i）とΔＶの求め方について述べる。以下に使用する記号をまとめる。

１次電子のエネルギー：Ｗ、
検出器に印加する電圧：Ｖ、
１次ビームの横方向の速度：ｖ、
１次ビームの移動量：ｒ
電極に電圧を印加しても、光軸ｚ方向に１次電子の最終速度は変化しない。なぜならば、１次電子が電極の領域に入るときｚ方向に加速するが、出るときはその分減速するため、結局速度のｚ成分は変化しない。以下では電子の速度の横成分のみ考慮する。

まず、ｘ_i，ｙ_iから電圧の調整量ΔＶを求める方法を説明する。電極への印加電圧をＶ→Ｖ＋ΔＶと変化すると、試料上で１次電子の移動量も変化する。その変化量を次のように見積もることができる。

電磁気学よりＷ∝Ｖ、力学よりＷ∝ｖ²、更に、ｒ∝ｖよりｒ∝√Ｖが得られるので、「Ｖ₀」を「Ｖ₀＋ΔＶ」に変化すると、１次電子の移動量が、

と変化する。この関係式を用いて、軸ずれが起きないように印加電圧を調整する。電極ｉ（ｉ＝１，２，３，４）にのみ電圧Ｖ₀を印加したとき（図４（ｂ）では、ｉ＝１、Ｖ１＝Ｖ₀）、１次ビーム移動量をｘ_i，ｙ_iとすると、全ての電極に同時にＶ₀を印加すると、１次電子の移動量が
（ｘ₁＋ｘ₂＋ｘ₃＋ｘ₄），（ｙ₁＋ｙ₂＋ｙ₃＋ｙ₄）
となる。一般的に、この移動量はゼロにならない。そこで、電極１から４のそれぞれに同時にＶ₀＋ΔＶ₁，Ｖ₀＋ΔＶ₂，Ｖ₀＋ΔＶ₃，Ｖ₀＋ΔＶ₄を印加した時の移動量を考える。

と定義すると、式（１）に従って１次電子の移動量が
（ｐ₁ｘ₁＋ｐ₂ｘ₂＋ｐ₃ｘ₃＋ｐ₄ｘ₄），（ｐ₁ｙ₁＋ｐ₂ｙ₂＋ｐ₃ｙ₃＋ｐ₄ｙ₄）
となる。１次ビームが軸ずれを起こさないために、
ｐ₁ｘ₁＋ｐ₂ｘ₂＋ｐ₃ｘ₃＋ｐ₄ｘ₄＝０
ｐ₁ｙ₁＋ｐ₂ｙ₂＋ｐ₃ｙ₃＋ｐ₄ｙ₄＝０
となるようにΔＶ_iを調整すればよい。但し、ΔＶ_iの中で２つ固定して（ゼロにしてもよい）、残りの２つを調整する。以下、ΔＶ１とΔＶ３を固定にする（つまり、ｐ₁とｐ₃が既知数である）場合を示す。解くべき方程式は、
ｐ₂ｘ₂＋ｐ₄ｘ₄＝−（ｐ₁ｘ₁＋ｐ₃ｘ₃）
ｐ₂ｙ₂＋ｐ₄ｙ₄＝−（ｐ₁ｙ₁＋ｐ₃ｙ₃）
となる。

その解は

式（２）にｐ_iを代入し、調整量ΔＶ₂，ΔＶ₄と求める：

次に、ｘ_i，ｙ_iを自動的に求める方法を説明する。電極１，２，３，４のそれぞれに同時に電圧Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３とＶ４を印加する（図４（ｃ））。但し、Ｖ１〜Ｖ４は近い値である。４方向検出の場合は、Ｖ１〜Ｖ４の４通りの組み合わせが必要になる。これらの組み合わせに関する情報は例えば制御装置１２３１に内蔵されているメモリに登録されている。
ここでは具体的に以下の４通りを印加する。ｋ_iを１付近の係数だとすると、

第１組：Ｖ₀，Ｖ₀，Ｖ₀，Ｖ₀ （その際の視野移動Ｘ₁，Ｙ₁をＳＥＭ画像から測定）
第２組：Ｖ₀，ｋ₁ ²Ｖ₀，Ｖ₀，Ｖ₀ （視野移動Ｘ₂，Ｙ₂をＳＥＭ画像から測定）
第３組：Ｖ₀，Ｖ₀，ｋ₂ ²Ｖ₀，Ｖ₀ （視野移動Ｘ₃，Ｙ₃をＳＥＭ画像から測定）
第４組：Ｖ₀，Ｖ₀，Ｖ₀，ｋ₃ ²Ｖ₀ （視野移動Ｘ₄，Ｙ₄をＳＥＭ画像から測定）。

以後ｋ_iを移動量係数と呼ぶ。

ｘ_iとＸ_iの間に以下の関係が成立つ。
この行列式の解は

である。ｙ_iも同様に求める。ｘ_i，ｙ_iを式（３）に代入しｐ_iを求め、式（４）により必要な調整量ΔＶを得る。

図１３は、ＢＳＥ検出器への印加電圧調整を自動的に行う工程を示すフローチャートである。まず、位置合わせ用のマークにビーム走査を行い（ステップ１３０１）、二次電子像（ＳＥ像１）を形成する（ステップ１３０２）。ＳＥ像はフレームメモリ１２３３に記憶され、マークの基準位置特定に用いられる（ステップ１３０３）。この状態では各ＢＳＥ検出器には電圧が印加されていないため、ＢＳＥ検出器が発する電界の影響を受けていないビームの走査に基づく画像が形成される。

次に、所定の電圧（例えばＶ₀，Ｖ₀，Ｖ₀，Ｖ₀）を各ＢＳＥ検出器に印加し（ステップ１３０４）、この電圧印加状態にてＳＥ像２を形成するためのビーム走査を行い、形成された画像をフレームメモリ１２３３に記憶する（ステップ１３０５）。次に像ずれ量測定部１２３５では、ＳＥ像１とＳＥ像２との間のずれ（例えば視野移動量（Ｘ_i，Ｙ_i））を測定する（ステップ１３０６）。視野移動量の測定は例えばＳＥＭ像１をパターンマッチング用のテンプレートとして登録し、パターンマッチング部１２３６によるＳＥＭ像２に対するパターンマッチングによってパターンのシフト分を求めるようにしても良いし、ＳＥＭ像１とＳＥＭ像２に表示されたパターンの重心位置を、重心位置特定アルゴリズムを用いて特定し、両重心点間の距離（ｘ_g2−ｘ_g1，ｙ_g2−ｙ_g1）を視野移動量（Ｘ_i，Ｙ_i）とするようにしても良い。

上述のようなずれ評価を、検出器への印加電圧の組み合わせごとに行い、その電圧設定に基づくずれ評価が終了した後に、補正量演算部１２３７は、上述のような演算式に基づいて、各検出器に印加する電圧（調整量）を演算し（ステップ１３０７）、その調整量に基づいて、検出器印加電圧制御部１２３２は、高電圧電源１２１１〜１２１４に対する制御信号を発生する（ステップ１３０８）。

上記工程を経て、各検出器に対する印加電圧を制御することによって、各検出器に対する適正な印加電圧を設定することが可能となる。なお、検出器への印加電圧の調整によって、軸ずれを補正する上記手法によれば、軸ずれ要因そのものを補正することになるため、高精度な軸ずれ補正を行うことが可能となる。

調整を行う際に使用するユーザーインターフェース（ＧＵＩ）の例を図５に示す。以下の順番で調整を行う。なお、図５に例示するＧＵＩ画面は図示しない表示装置に表示される。また、ＧＵＩ画面を用いた設定によって、図１２に例示した制御装置に内蔵されたメモリに記憶された動作条件プログラムの動作条件を設定する。

（ｉ）目印になるパターンを画面の中心にもってくる（図４（ｄ））。電極に電圧を印加後パターンの移動が、観察試料上で１次ビーム移動量Ｘ_i，Ｙ_iになる（図４（ｅ））。

（ii）電極の個数（図５で電極数Ｎ）を入力する。本例では、Ｎ＝４の場合を説明するが、一般的にＮ≧３の場合同様な方法で調整ができる。

（iii）各々の検出器に印加する電圧値を入力する。図５の例では、全てを１０,０００（Ｖ）に設定する。

（iv）視野移動（ｘ_i，ｙ_i）を測定する。この測定を繰り返す回数ｎを入力する。図５の例ではｎ＝３である。次に、ｘ_i，ｙ_iの測定を自動的に行うか、手動で行うかを「自動」と「手動」のボタンより選択する。「自動」を選択してから「開始」を選択すると、移動量ｘ_i，ｙ_iの自動測定を開始する。この場合は、移動量係数（ｋ₁，ｋ₂，・・・，ｋ_N-1）を１付近のランダムな値に設定する。次に、視野ずれＸ_i，Ｙ_iの自動測長を行い、式（５）に従って移動量ｘ_i，ｙ_iを算出する。この測定をｎ回行って、その平均値を結果の欄に表示し、後の計算に使用するためにメモリに保存する。

一方、「手動」を選択した場合は、ＧＵＩ上で係数を手動で入力する領域を有効にする。ｋ_iの値は１付近に指定する必要があるため、その範囲を表示しておく（図５の例では、０.９０≦ｋ_i≦１.１０）。ｋ_iの入力値がこの範囲を超える場合はエラーメッセージを表示するようにし、ｋ_iの再入力を促す。全てのｋ_i値を正確に入力した後、「開始」ボタンを選択するとｘ_i，ｙ_iの測定を開始する。１回目の計算値を別なウインドーに表示し、ｎ＞１の場合２回目の測定を行う指示を与える。上の測定をｎ回行った後、ｎ回の平均値を結果の欄に表示し、後の計算に使用するためにメモリに保存する。

（ｖ）ＧＵＩの「電圧調整」欄にて、電極への印加電圧の調整量（ΔＶ_i）を求める。まず、自由に設定できるΔＶ_iを入力する。図５の例では、ΔＶ１＝ΔＶ３＝０とする。その後、「開始」ボタンを押すと、式（３）に従って調整係数ｐ２とｐ３を計算し、続いて式（４）を用いて調整量ΔＶ２とΔＶ４を求め、「結果」の欄に表示する。図５の例では、ΔＶ２＝１０（Ｖ）とΔＶ４＝−１０（Ｖ）とする。

（vi）「有効にする」を選択すると上の（ｖ）で求めた調整値が検出器に印加される。

（vii）調整の結果を確認するために、「視野ずれ確認」と「ウワブラ」の２つのボタンを準備する。「ウワブラ」を選択すると、通常の軸調整で使用するウワブラ（例えば、対物レンズのウワブラ）が動作し、観察パターンの動きから軸調整の正確さを判断できる。また、「視野ずれ確認」を選択すると、電極への印加電圧を一旦ゼロにし、「パターンを画面中心に移動させてください」というメッセージを表示する（図６）。この状態で目印になるパターンを画面中心に移動させ（図４（ａ））、図６の「確認」を押すと、（ｖ）で求めた調整値を含めた電圧を電極に印加する。そのときの視野ずれより調整の正確さを確認できる。調整が成功した場合は電圧印加後の視野がずれないはずである。

（viii）「保存する」を選択すると、上で求めた調整値を保存し、ＧＵＩを閉じたときも有効にする。「終了」を選択するとＧＵＩを閉じる。

（ix）上の（vii）で調整の精度が不十分であると判断した場合は、「繰り返す」を選択して上の（ｉ）〜（vii）を繰り返す。但し、２回目以降の初期電圧は、直前に求めた調整量を考慮した値に設定することも可能である。例えば、本例では、Ｖ１＝Ｖ３＝１０,０００（Ｖ），Ｖ２＝１０,０１０（Ｖ），Ｖ４＝９,９９０（Ｖ）と設定すると、一回目の調整値をもとにさらに調整の精度を向上できる。

１次ビームの走査は場が広い（低倍率観察）の場合、又は、イメージシフト量（光軸から中心１次ビームの移動量）が大きい場合は、光軸に近い領域と光軸から離れた領域において、電圧の調整量が異なる。図７（ａ）で、１次ビーム７０１が偏向器７０２によって偏向され、対物レンズ７０７を通過し、試料７０８へ照射する。軌道７０５は光軸を通る軌道で、走査中に最大偏向時の軌道を７０６で示す。図７（ｂ）では、軌道７０５はイメージシフトゼロのときであり、７０６はイメージシフト部７０３によって偏向を受けた軌道である。この例の場合、視野移動可能範囲７０９内で視野移動が実行される。電極７０４から軌道７０５と７０６の距離が異なるため、厳密にはそれぞれにとって、電極７０４への印加電圧の調整量が異なる。軌道７０５と７０６の差が小さければこれは無視できるが、大きい場合は無視できなくなってくる。そこで、光軸から１次ビームの離軸量ごとの調整値をメモリに保存し、参考テーブルを作成しておく。そして、観察を行う際に、光軸から１次ビームのずれに応じて、電極への印加電圧の調整量を参考テーブルから設定する。

制御系の例を図８に示す。制御ＰＣで走査データを作成し、偏向器とイメージシフト部に通信しビームの走査を行う。電極への印加電圧制御部にもその走査データを同時に通信し、走査量に応じた電圧値を事前に作成した参考テーブルより選択し、電極に印加する。

電極への印加電圧で１次電子の軌道が影響を受け、焦点距離が変化する。また、走査幅が広いとき、対物レンズの像面湾曲収差のため、走査領域の中心部と周囲部に焦点距離が異なる。実施例３と同様に、走査中に電極から軌道の距離に応じた調整量を印加することで、１次ビームの軸調整と焦点距離の調整を同時に行う。

実施例２では、全ての初期電圧を同じ値（図５の例では１０,０００（Ｖ））にしたが、収差（例えば、歪）補正を目的に、初期電圧を異なる値に設定することもできる。ここで、具体的に電極数４の場合を説明する。図９に示すように、例えばＶ１＝Ｖ３＝Ｖ′とＶ２＝Ｖ４＝Ｖに設定する。但し、一般にＶ≠Ｖ′で、その比は収差補正の条件より決まる。理想的な場合はＶ１とＶ３がつりあい、Ｖ２とＶ４がつりあうが、実際に組み立て誤差によって１次ビームの軸ずれが生じる。その軸ずれをなくすために実施例１で述べた方法で印加電圧の調整を行う。但し、その際に、実施例２の（iii）で初期電圧値をＶ１＝Ｖ３＝Ｖ′とＶ２＝Ｖ４＝Ｖと入力する。

実施例１、２の方法を一般に電極数ＮＭ（Ｎ≧３，Ｍ≧１）に拡張できる。但し、Ｎ個の電極が１つの組を成し、電極間の角度が２πrad／Ｎになる。検出器においては、この様な組をＭ個並べると、ＮＭ方向検出を行うことができる。図１０ではＮ＝３、Ｍ＝２の例を示す。印加電圧はＶ１＝Ｖ２＝Ｖ３＝Ｖ，Ｖ４＝Ｖ５＝Ｖ６＝Ｖ′（Ｖ＝Ｖ′、又はＶ≠Ｖ′）で、電圧の調整はＮ個の組み毎に（図１０の例ではＶ１，Ｖ２，Ｖ３で一組、Ｖ４，Ｖ５，Ｖ６でもう一組）行うことができる。一般的に、電極／検出器Ｎ個の組毎に調整を行うと、ΔＶ_iの自由度は（Ｎ−２）Ｍになる。この自由度を収差補正等に応用できる。

電極への印加電圧は１次ビームの照射エネルギーと顕微鏡の光学モード毎に行い、その値を保存しておく。照射エネルギーと光学モードを変更したときはその保存した値を有効にする。

調整する電極数がＮの場合Ｎ−２のΔＶ_i値を自由に設定できる。このＮ−２の値を収差補正に必要な値に設定し、軸調整と収差補正を同時に行うことができる。

実施例６に述べたような、ＮＭ方向検出において、Ｍを変えることで検出系の方向分割数を変化することができる。例えば、図１０の検出系はＭ＝２で６分割であるが、Ｍ＝１にする（つまり、Ｎ＝３つの１組の検出器をｏｆｆにする）と分割数は３に変わる。検出系の電圧の調整は事前に実施例６で述べたように、Ｎ＝３個の組毎に行う。結果として、各組の印加電圧のもとで１次ビームが軸ずれを起こさないようになる。このように調整した場合、（検出器をｏｆｆにし）Ｍを変えて検出系の方向分割数を変化したとき、印加電圧の再調整が不要になる。

検出系においては、検出器の間に付属電極を設置することができる。４方向検出の例を図１１に示す。付属電極に負の電圧を印加すると、試料からの２次電子は付属電極に引き込まれず、方向性の情報を失わず検出器に到着する。図１１では、検出器に電圧Ｖ、付属電極に電圧Ｖ′を印加する。このような構造を１次ビームの収差補正に応用できる。付属電極の電圧は収差補正の条件から決まる。１次ビームの軸ずれを防ぐために、実施例２と実施例６で述べた方法で印加電圧の調整を行う。全ての検出器に異なる電圧を印加することもできる。

１０１電子源
１０２電子ビーム
１０３集束レンズ
１０４偏向器
１０５対物レンズ
１０６試料
１０７走査領域
１０８ＢＳＥ検出器
１０９ＳＥ検出器

Claims

電子源から放出される電子ビームを走査する走査偏向器を備えた電子ビーム照射装置において、
複数の後方散乱電子検出器と、当該複数の後方散乱電子検出器のそれぞれに電圧を印加する検出器用電源と、前記複数の後方散乱電子検出器に電圧を印加したときの像ずれに基づいて、前記検出器用電源の印加電圧を調整する制御装置を備え、当該制御装置は、前記複数の後方散乱電子検出器に、少なくとも１つの後方散乱電子検出器への印加電圧条件が異なると共に、少なくとも前記後方散乱電子検出器の数と同数の複数の印加電圧の組み合わせを、前記複数の後方散乱電子検出器に印加したときに得られる複数の視野移動量を求め、当該複数の視野移動量から前記複数の後方散乱電子検出器のそれぞれに対する印加電圧を演算することを特徴とする電子ビーム照射装置。
請求項１において、
前記複数の後方散乱電子検出器は、電子ビームの理想光軸について、軸対称に配置されていることを特徴とする電子ビーム照射装置。
請求項１において、
前記制御装置は、前記像ずれを抑制するように前記電源を制御することを特徴とする電子ビーム照射装置。
請求項１において、
前記後方散乱電子検出器は、電圧が印加されるシンチレーターを備えたことを特徴とする電子ビーム照射装置。
請求項１において、
前記制御装置は、前記複数の後方散乱電子検出器への印加電圧の複数の組み合わせを記憶するメモリを備え、当該異なる組み合わせの電圧を印加したときに得られる複数の像ずれに基づいて、前記検出器用電源による印加電源を調整することを特徴とする電子ビーム照射装置。