JP6932050B2 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Description

本発明は、電子線を用いて微細回路パターン等を計測検査するための技術に関する。

走査電子顕微鏡は、電子源から加速させて放出された１次電子線を電磁気的なレンズを用いて集束させ、さらに電磁気的な偏向によって試料表面上で走査しながら照射した際に試料から得られる２次電子や反射電子等からなる信号電子を検出し、これを画像化する。走査電子顕微鏡は１次電子線を小さく集束させることで光を用いた顕微鏡に比べて高い分解能の像が得られることから、半導体製造プロセスにおける微細回路パターンの寸法計測に用いる半導体計測装置等に応用されている。また近年では、半導体ウェーハ上に形成したパターンの全面検査が重要となっており、これを精度よく実施する検査装置が求められている。走査電子顕微鏡による半導体パターン寸法の全面検査では、半導体計測装置と同等の分解能に加えて、高いスループットが必要となる。

走査電子顕微鏡を用いた半導体計測装置では、ＸＹ方向に稼働するステージの移動により計測視野を移動した後、計測箇所の画像を取得してパターンの寸法を計測するという動作を繰り返し実行する。この動作を半導体パターンの全面検査に適用した場合、ステージ移動による視野移動の繰り返しがスループットのボトルネックとなる。このため、ステージ移動よりも高速に視野を移動させることのできる１次電子線の偏向（以下、「ビーム偏向」という）により視野移動できる範囲を拡大することが出来れば、ステージ移動による視野移動回数が低減でき、スループットの向上が可能となる。

一方、ビーム偏向による視野移動を使用して半導体パターン寸法を精度良く計測するには、ビーム偏向の領域内で画像の信号情報を均一に得られることが重要となる。高い分解能を有する走査電子顕微鏡では、試料から発生した信号電子は対物レンズを通過後に検出器で検出するＴＴＬ（Through The Lens）方式が一般的である。ＴＴＬ方式の場合、ビーム偏向により視野移動の範囲を拡大すると、ビーム偏向時の信号電子は対物レンズでの屈折作用に加えて、ビーム偏向に用いた偏向場による偏向作用により偏向される。その結果、信号電子が検出器位置に到達する前に偏向器等の光学部品への衝突が生じ、ビーム偏向に依存して信号電子の検出率が変化することになる。これを回避するためには信号電子の軌道を制御する手段が必要となる。

信号電子の軌道を制御する手段としては、ウィーンフィルタが知られている。走査電子顕微鏡においては、ウィーンフィルタは１次電子線に対しては偏向作用が相殺されるよう電場と磁場の偏向場を重畳させ、信号電子に対してのみ偏向作用を生じるように構成した偏向器として用いられる。例えば、１次電子線を偏向せずに信号電子のみを偏向する偏向場を発生させる技術として特許文献１がある。特許文献１では、ビーム偏向による視野移動に用いる偏向器をウィーンフィルタの構成にし、偏向器内で１次電子線を偏向せずに信号電子のみを偏向する偏向場を１次電子線の偏向場に重畳する。

特開２０１２−３９０２号公報

前述のとおり、試料から発生した信号電子を対物レンズ通過後に検出器で検出する光学系では、１次電子線の試料上への走査領域を１次電子のビーム偏向により移動した際、検出器に到達する前に構造物に衝突する信号電子が増加し、信号電子検出率が１次電子のビーム偏向量に依存して低下する。

特許文献１の構成では、偏向器の構成が視野移動に用いる偏向器内で１次電子線を偏向せずに信号電子のみを偏向する偏向場を、分布が相似となる電界と磁界を重畳する構成により実現するため、このための偏向器設計及び偏向器制御が難しくなる。また、この構成では、１次電子線が偏向器位置で離軸してウィーンフィルタを通過することになるため、特に静電偏向場の高調波成分起因の収差が発生することとなり、この収差を補正するにはさらに複雑な制御が必要になる。

本発明の目的は、簡便な偏向器構成で信号電子を制御し、１次電子のビーム偏向による視野移動領域を拡大したときのビーム変更に起因する検出率変化を抑制する荷電粒子線装置を提供することにある。

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。電子源と、電子源から放出される１次電子ビームを試料上に集束させるコンデンサレンズ及び対物レンズと、コンデンサレンズを通過した１次電子ビームを偏向する複数の偏向器と、１次電子ビームの試料上での走査により発生する信号電子を検出する検出器と、電子源、コンデンサレンズ及び対物レンズ、複数の偏向器を制御する制御ユニットとを有する走査電子顕微鏡において、制御ユニットは、１次電子ビームの試料上での走査領域が電子源から対物レンズの中心に向けて伸ばした軸から外れた位置に移動するよう複数の偏向器を設定する第１の偏向場設定モジュールと、第１の偏向場設定モジュールで設定される走査領域を変えることなく、信号電子の軌道を補正するよう複数の偏向器を設定する第２の偏向場設定モジュールとを有し、制御ユニットは、第１の偏向場設定モジュールが設定する設定値に第２の偏向場設定モジュールが設定する設定値を加算して、複数の偏向器を制御する。

簡便な偏向器構成でビーム偏向による視野移動の範囲を拡大可能とするとともに、ビーム偏向に起因する信号電子検出率の変化を抑制する。

実施例１に係る走査電子顕微鏡の全体構成図である。 実施例１に係る１次電子軌道の模式図である。 実施例１に係る信号電子軌道の模式図である。 実施例１に係る別の信号電子軌道の模式図である。 実施例２に係る走査電子顕微鏡の全体構成図である。 実施例２に係る１次電子軌道の模式図である。 実施例２に係る信号電子軌道の模式図である。 実施例３に係る１次電子軌道の模式図である。 実施例３に係る信号電子軌道の模式図である。

図１は、実施例１に係る走査電子顕微鏡の全体構成図である。走査電子顕微鏡は、電子光学系鏡筒１、電源ユニット２、及び制御ユニット３を有する。電源ユニット２は、電子光学系鏡筒１の各構成部品に電圧及び電流を供給するものであり、各構成部品の制御電源６１〜６６を含む。制御電源６１は、電子源１１への印加電圧を制御する制御電源である。また、制御電源６２、６３、６４、６５、６６はそれぞれ、コンデンサレンズ２２、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３および対物レンズ２１のコイルに印加する電流を制御する制御電源である。

制御ユニット３は走査電子顕微鏡全体を制御する。制御ユニット３は、演算装置８１、記憶装置８２、及び入出力装置８３を含む。なお、制御ユニット３は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）及びＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶媒体を含んでもよい。

演算装置８１は、記憶装置８２に格納されるプログラムにしたがって、所定の演算処理を実行する。演算装置８１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）及びＧＰＵ（Graphics Processing Unit）等が考えられる。

記憶装置８２は、演算装置８１が実行するプログラム及び当該プログラムが使用するデータを格納する。記憶装置８２は、プログラムが使用するワークエリア等の一時記憶領域を含む。記憶装置８２に格納されるプログラム及びデータについては後述する。

入出力装置８３は、データの入力及びデータの出力を行う装置である。入出力装置８３は、キーボード、マウス、タッチパネル、ディスプレイ等を含む。

電子光学系鏡筒１には、電子源１１、検出器５１、電流制限絞り１２、対物レンズ２１、コンデンサレンズ２２、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３、Ｅ×Ｂ偏向器５２、ステージ（図示せず）が設置され、ステージ上に観察対象の試料１３が載置される。図１の例では、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３はいずれも磁場を用いた偏向器である。

電子光学系鏡筒１は、電子源１１から１次電子ビーム１０１を照射する。１次電子ビーム１０１は、コンデンサレンズ２２及び対物レンズ２１を順に通過することによって試料１３上に集束される。すなわち、１次電子ビーム１０１のフォーカスが調整される。さらに、集束された１次電子ビーム１０１は第１の偏向器３１、第２の偏向器３２及び第３の偏向器３３の偏向作用によって試料１３上での１次電子ビーム１０１の照射位置を任意に設定することができる。また、図１には記載していないが、任意の位置に配置された走査偏向器により、１次電子ビーム１０１は試料１３を二次元に走査する。あるいは、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２および第３の偏向器３３の一部もしくはすべてを走査偏向器として構成することにより、試料１３を２次元に走査してもよい。

１次電子ビーム１０１が照射された試料１３から放出された２次電子又は反射電子等の信号電子１０２は、信号電子に対してのみ偏向させるよう作用するＥ×Ｂ偏向器５２によって偏向され、反射板５３に衝突した後、反射板から発生した３次電子や反射電子として検出器５１によって検出される。検出器５１によって検出された信号電子１０２は、演算装置８１によって処理される。１次電子ビーム１０１の照射位置に対応した２次元画像は、入出力装置８３に表示される。

記憶装置８２は、制御モジュール９０を実現するプログラムを格納する。また、記憶装置８２は、パラメータ情報９９を格納する。なお、記憶装置８２は、図示しないプログラム及び情報を保持する。例えば、記憶装置８２は、試料１３の計測箇所を示す位置情報や計測条件等を格納する。

制御モジュール９０は、電源ユニット２の各構成電源を通して電子光学系鏡筒１の各構成部品を制御する。制御モジュール９０は、視野移動偏向場設定モジュール９１及び信号電子偏向場設定モジュール９２を含む。パラメータ情報９９は、視野移動偏向場設定モジュール９１及び信号電子偏向場設定モジュール９２が偏向器の偏向比を決定する際に使用する情報である。

視野移動偏向場設定モジュール９１は、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２および第３の偏向器３３を用いて１次電子ビーム１０１の試料１３上での走査領域を移動する偏向場を形成する際のそれぞれの偏向器の強度を設定する機能を有する。図１の電子光学系鏡筒１において、視野移動偏向場設定モジュール９１は第１の偏向器３１、第２の偏向器３２および第３の偏向器３３をパラメータ情報９９に格納された動作比率に従って動作させることにより、所望の視野移動量を得る。

信号電子偏向場設定モジュール９２は、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２および第３の偏向器３３を用いて１次電子ビーム１０１を偏向した際に、１次電子ビーム１０１の試料１３上での走査領域が移動しないようにそれぞれの偏向器の強度を設定する機能を有する。図１の電子光学系鏡筒１において偏向器の強度を変更する場合に、信号電子偏向場設定モジュール９２は第１の偏向器３１、第２の偏向器３２および第３の偏向器３３をパラメータ情報９９に格納された動作比率に従って動作させることにより、偏向器の強度を変更しても視野が移動しないようにする。

図２は、電子光学系鏡筒１内における、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定によって１次電子ビーム１０１を偏向した１次電子軌道１１１（実線）および信号電子偏向場設定モジュール９２の設定によって１次電子ビーム１０１を偏向した１次電子軌道１１２（一点鎖線）の模式図である。簡単のため、視野移動偏向場設定モジュール９１は第１の偏向器３１を動作させずに第２の偏向器３２と第３の偏向器３３とを動作させて試料１３上での１次電子ビームの走査領域の移動を実現する。なお、ここでは電子源１１から試料１３に向かって垂直方向に出射した１次ビームの軌道のみを示している。偏向器によって１次電子１０１が偏向作用を受けない場合は、電子源１１から鉛直方向に、すなわち対物レンズ２１の中心に向けて伸ばした軸１０３上を１次電子が通過し、対物レンズ２１では屈折作用を受けずに試料１３に到達する。

視野移動偏向場設定モジュール９１によって設定された１次電子軌道１１１は、第２の偏向器３２の位置で１次ビーム１０１が軸１０３の軸外に偏向され、第３の偏向器３３の位置で振り戻されたあと、対物レンズ２１のレンズ作用により屈折し、試料１３に対して軸１０３の軸外に照射される軌道となる。

信号電子偏向場設定モジュール９２によって設定された１次電子軌道１１２は、第１の偏向器３１の位置で１次ビーム１０１が軸１０３の軸外に偏向され、第２の偏向器３２で振り戻されたあと、第３の偏向器３３で軸１０３に戻るように偏向され、軸１０３に沿って対物レンズ２１を通過して試料１３に照射される軌道となる。このとき、１次電子軌道１１２は軸１０３上を通って対物レンズを通過するため、対物レンズの屈折作用を受けずに試料に照射され、１次電子ビームを偏向しても計測視野が変わらない状態を実現できる。

視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定は同時に入力することが可能である。このときの第１の偏向器３１、第２の偏向器３２および第３の偏向器３３の設定値は、視野移動偏向場設定モジュール９１によって設定された各偏向器の設定値と信号電子偏向場設定モジュール９２によって設定された各偏向器の設定値を加算したものとなる。このとき、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定による１次電子軌道１１２は試料上の視野を移動させることはないため、偏向場を加算したときの１次ビームの試料１３への照射位置は１次電子軌道１１１の試料１３への照射位置となる。

図３は、電子光学系鏡筒１における視野移動偏向場設定モジュール９１の設定を入力したときの信号電子軌道１２１（実線）、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力したときの信号電子軌道１２２（一点鎖線）、および視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定とを同時に入力した時の信号電子軌道１２３（点線）の模式図である。ここでは、試料１３に対して垂直方向に出射した信号電子の軌道のみを記載している。

視野移動偏向場設定モジュール９１の設定入力時の信号電子軌道１２１（実線）は、１次電子軌道１１１（図２参照）の試料１３への照射位置から出射した後、対物レンズ２１の屈折作用で軌道が曲げられ、第３の偏向器３３の位置で偏向作用を受ける。第３の偏向器３３は磁場を用いた偏向器であるため、１次電子と進行方向が逆方向である信号電子は偏向器の構造物基準で見ると１次電子に対して逆方向の偏向作用を受ける。その結果、信号電子軌道１２１は更に軸外方向に偏向されることになり、図３の場合は第２の偏向器３２に衝突し、信号電子は検出器５１に到達しない。なお、信号電子軌道１２１の衝突位置は第２の偏向器３２に限定されるものではなく、たとえば第３の偏向器３３への衝突や、図示していないが検出器５１よりも試料側に構造物が配置されている場合は該構造物への衝突も起こりうる。なお、信号電子軌道１２１が構造物に衝突しない場合の軌道を破線１２１ｂで示す。第２の偏向器３２も磁場偏向器であり、図２に示されるように、１次電子軌道に対する第２の偏向器３２の偏向作用と第３の偏向器３３の偏向作用とは逆方向となっているところから、信号電子に対する第２の偏向器３２の位置での偏向作用は、第３の偏向器３３で受けた偏向作用とは逆方向となる。

本実施例においては、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を同時に入力することで、信号電子軌道が電子光学系鏡筒１の構造物にできるだけ衝突しないように信号電子軌道を補正する。前述した通り、信号電子偏向場設定モジュール９２による偏向器の設定値は、１次電子軌道が第１の偏向器３１により軸１０３から離軸し、第２の偏向器３２により振り戻され、さらに第３の偏向器３３により再度振り戻されて軸１０３に戻る軌道とされている。このため、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定とを同時に入力しても１次電子軌道には影響を与えないが、信号電子軌道に対しては、信号電子に対する磁場偏向器の作用が１次電子に対する磁場偏向器の作用とは逆向きであることから、信号電子軌道１２３を信号電子軌道１２１と異ならせることができる。

具体的には、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定を行うことなく、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定のみを入力したときの信号電子軌道１２２（一点鎖線）は、試料１３上の軸１０３の位置から出射した後、対物レンズ２１を通過し、第３の偏向器３３と第２の偏向器３２の偏向作用を受けるものとなる。この結果、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を同時に入力したときの信号電子軌道１２３は、第３の偏向器３３の位置までは信号電子軌道１２１と同じ軌道を取る。第３の偏向器３３及び第２の偏向器３２では、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定値と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定値の加算値に相当する偏向作用を受けることにより、信号電子軌道１２１よりも軸１０３寄りの軌道となり、検出器５１の位置まで到達する信号電子が増加する。

このように、信号電子偏向場設定モジュール９２が、信号電子軌道１２１が第３の偏向器３３を通過後に進行するＸＹ面内の方位に対して逆方位の偏向作用が第３の偏向器３３で発生するように設定されていれば、信号電子軌道１２３の軌道が実現できる。例えば、信号電子の検出率が最も低い条件となるビーム偏向による視野移動最大時の視野移動偏向場設定モジュール９１の設定値（すなわち、視野が軸１０３から最も離れる場合の設定値）に対して、所望の検出率を達成するように信号電子偏向場設定モジュール９２の設定値をパラメータ情報９９に格納すればよい。この設定値で視野移動偏向場設定モジュール９１と信号電子偏向場設定モジュール９２を動作させれば、ビーム偏向による視野移動の動作範囲内では、ビーム偏向による視野移動最大時の信号電子軌道よりも軸１０３寄りの軌道となるので、視野移動量に関わらず、検出率を向上させることができる。

なお、図１〜図３に示した走査電子顕微鏡の構成例では、第１〜第３の偏向器はすべて磁場を用いた偏向器としているが、電場を用いた偏向器で構成することも可能である。電場偏向器を有する電子光学系鏡筒１における信号電子軌道を図４に示す。図４では、第２の偏向器が、図３における磁場を用いた偏向器３２から電場を用いた偏向器３５に置きかえられている。図４には記載していないが、第２の偏向器３５は電圧を制御する電源で動作する違いがあるが、その他の構成は前述の構成と同一である。電場を用いた偏向器では、電子が偏向器に進入する方向によらずプラス側の電位方向に電子が偏向されるので、偏向器の構造物基準で見ると１次電子も信号電子も共に同一方向に偏向される。よって、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定を入力したときの信号電子軌道１２６（実線）、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力したときの信号電子軌道１２７（一点鎖線）、および視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を同時に入力した時の信号電子軌道１２８（点線、なお信号電子軌道１２６と分岐する前までは信号電子軌道１２６と共通）は、それぞれ第２の偏向器３５を通過するときに図３に示した信号電子軌道１２１、信号電子軌道１２２、信号電子軌道１２３とは逆方向に偏向される。このため、第２の偏向器が磁場偏向器で構成された場合の信号電子軌道１２３が第２の偏向器位置でさらに軸外に偏向されるような場合には、第２の偏向器を電場偏向器で構成すれば信号電子軌道を軸上方向に偏向でき、第２の偏向器を磁場偏向器で構成する場合に比べて信号電子の検出率を向上できる。なお、図３と同様に、信号電子軌道１２６が構造物に衝突しない場合の軌道を破線１２６ｂで、信号電子軌道１２７が構造物に衝突しない場合の軌道を破線１２７ｂで示している。

なお、図１〜図３の構成においては、検出器５１を第１の偏向器３１と第２の偏向器３２との間に配置している。検出器５１が第１の偏向器３１よりも電子源１１側に配置された場合、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力したときの信号電子軌道１２２は、第１の偏向器３１よりも電子源１１側においては軸１０３となるため、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力して信号電子軌道を変更した効果が失われるためである。これは図３では磁場偏向器で構成されている第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３をすべて電場偏向器に置き換えた場合も同様である。一方、図４の構成のように、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３が磁場偏向器と電場偏向器とが混在している場合には、磁場偏向器と電場偏向器とでは信号電子軌道に対する作用の方向性が異なるため、検出器５１を第１の偏向器３１よりも電子源１１側に配置しても、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力して信号電子軌道を変更した効果が得られる。しかしこの場合でも、光学設計の自由度の観点からは、検出器５１を第１の偏向器３１よりもステージ（試料）側に配置することが望ましい。

以上の通り、信号電子軌道の電子光学系鏡筒１の構造物への衝突が回避されることにより、ビーム偏向による視野移動に伴う信号電子検出率の低下を抑制しつつ、ビーム偏向による視野移動の範囲を拡大することが可能になる。

図５は、実施例２に係る走査電子顕微鏡の全体構成図である。図１に示した実施例１の構成に対して、電子光学系鏡筒１内に第４の偏向器３４と電源ユニット２内に制御電源６７を追加した構成となっている。第４の偏向器３４は電場を用いた偏向器であり、制御電源６７は第４の偏向器３４の印加電圧を制御する制御電源である。図５では、第４の偏向器３４は第２の偏向器３２と異なる位置に配置しているが、第２の偏向器３２と第４の偏向器３４の偏向場の一部が重畳されるように配置してもよい。また、視野移動偏向場設定モジュール９１は、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３、第４の偏向器３４により、１次電子ビーム１０１の試料１３上での走査領域を移動する偏向場を形成するときに、それぞれの偏向器の強度を設定する機能を有する。また、信号電子偏向場設定モジュール９２は、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３、第４の偏向器３４の偏向器の強度を変更しても、１次電子ビーム１０１の試料１３上での走査領域が移動しないようにそれぞれの偏向器の強度を設定する機能を有する。その他の構成は実施例１と同一機能であるため、説明を省略する。

図６は、電子光学系鏡筒１内における、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定によって１次電子ビーム１０１を偏向した１次電子軌道１６１（実線）および信号電子偏向場設定モジュール９２の設定によって１次電子ビーム１０１を偏向した１次電子軌道１６２（一点鎖線）の模式図である。ここでは、視野移動偏向場設定モジュール９１は第１の偏向器３１および第４の偏向器３４を動作させずに、第２の偏向器３２と第３の偏向器３３とを動作させて試料１３上での１次電子ビームの走査領域の移動を実現する。つまり１次電子軌道１６１は実施例１の１次電子軌道１１１と同一となるため、説明を省略する。

信号電子偏向場設定モジュール９２によって設定された１次電子軌道１６２は、第１の偏向器３１の位置で１次ビーム１０１が軸１０３の軸外に偏向され、第２の偏向器３２と第４の偏向器３４で振り戻されたあと、第３の偏向器３３で軸１０３に戻るように偏向され、対物レンズ２１を通過して試料１３に照射される軌道となる。ここで、１次電子軌道１６２において、第４の偏向器３４を通過後の軌道が、実施例１の１次電子軌道１１２と同一となるように第１の偏向器３１、第２の偏向器３２及び第４の偏向器３４の偏向器の強度を設定する。具体的には１次電子に対する第１の偏向器３１の偏向方位と第２の偏向器３２の偏向方位は逆方向に、第２の偏向器３２の偏向方位と第４の偏向器３４の偏向方位は同一方向になるように偏向する。

図７は、電子光学系鏡筒１における視野移動偏向場設定モジュール９１の設定を入力したときの信号電子軌道１７１（実線）、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力したときの信号電子軌道１７２（一点鎖線）および視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を同時に入力した時の信号電子軌道１７３（点線）の模式図である。

視野移動偏向場設定モジュール９１の設定入力時の信号電子軌道１７１は実施例１の信号電子軌道１２１と同一である。同様に、信号電子軌道１７１が構造物に衝突しない場合の軌道を破線１７１ｂで示している。信号電子偏向場設定モジュール９２の設定入力時の信号電子軌道１７２は、第４の偏向器３４の位置までは実施例１の信号電子軌道１２２と同一で、第４の偏向器で偏向作用を受ける。第４の偏向器３４は電場を用いた偏向器であり、偏向器の構造物基準で見た場合１次電子線の偏向方向と同一となるため、信号電子軌道１７２は実施例１における信号電子軌道１２２よりも更に軸外方向に偏向された軌道となり、図７の場合は第２の偏向器３２に衝突する軌道となる。なお、信号電子軌道１７２の構造物への衝突がない場合は、破線１７２ｂに示すように、第２の偏向器３２の位置で第３の偏向器３３で受けた偏向作用に対して逆方向の偏向作用を受ける。

視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を同時に入力したときの信号電子軌道１７３は、第４の偏向器３４の位置までは実施例１の信号電子軌道１２３と同じ軌道をとる。第４の偏向器３４での信号電子の偏向方位は、信号電子１７１が第３の偏向器３３を通過後に進行するＸＹ面内の方位に対して逆方位となり、信号電子軌道１７１は実施例１の信号電子軌道１２３よりもさらに軸１０３方向に偏向される。信号電子軌道１７３が第２の偏向器３２の位置に到達すると、第２の偏向器３２の偏向作用を受ける。図７に示すように、Ｅ×Ｂ偏向器５２の位置に進入する信号電子位置を、図１に示したビーム偏向のないときに通過する信号電子位置に近づけることが可能となる。

以上の通り、信号電子軌道の電子光学系鏡筒１の構造物への衝突が回避されるとともに、ビーム偏向による視野移動に伴う信号電子の検出率変化をさらに低減して、ビーム偏向による視野移動の範囲を拡大することが可能になる。

実施例３は、実施例２に対して、信号電子偏向場の発生だけに使用させる偏向器と視野移動偏向場の発生だけに使用される偏向器を設けることにより、制御の自由度を向上した構成である。

図８は、電子光学系鏡筒１内における、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定によって１次電子ビーム１０１を偏向した１次電子軌道１８１（実線）および信号電子偏向場設定モジュール９２の設定によって１次電子ビーム１０１を偏向した１次電子軌道１８２（一点鎖線）の模式図である。ここでは電子源１１から試料１３に向かって垂直方向に出射した１次ビームの軌道を示している。また、第５の偏向器３６は磁場を用いた偏向器で、他の磁場偏向器と同様にコイルに印加する電流を制御する制御電源（図示せず）に接続され、制御電源は演算装置８１により制御されている。

第３の偏向器３３と第５の偏向器３６は視野移動偏向場設定モジュール９１の設定値に応じて動作する。また、第１の偏向器３１、第２の偏向器３２、第３の偏向器３３、第４の偏向器３４は信号電子偏向場設定モジュール９２の設定値に応じて動作する。その他の構成は図５の構成と同一である。

視野移動偏向場設定モジュール９１によって設定された１次電子軌道１８１は、第５の偏向器３６の位置で１次ビーム１０１が軸１０３の軸外に偏向され、第３の偏向器３３の位置で振り戻されたあと、対物レンズ２１のレンズ作用により屈折し、試料１３に対して軸１０３の軸外に照射される軌道となる。

信号電子偏向場設定モジュール９２によって設定された１次電子軌道１８２は、第１の偏向器３１の位置で１次ビーム１０１が軸１０３の軸外に偏向され、第２の偏向器３２と第４の偏向器３４で振り戻されたあと、第３の偏向器３３で軸１０３に戻るように偏向され、対物レンズ２１を通過して試料１３に照射される軌道となる。ここで、第２の偏向器３２と第４の偏向器３４は１次ビームに対しては同一の方向の偏向作用が発生するものとし、それぞれの偏向器は、１次電子軌道１８２が第３の偏向器３３の位置で軸上を通過するような比率で動作させる。

実施例１、２と同様、視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定は同時に入力することが可能である。このときの１次ビームの試料１３への照射位置は、他の実施例と同様、視野移動偏向場設定モジュール９１によって偏向された１次電子軌道１８１の試料１３への照射位置と同じ位置となる。

図９は、電子光学系鏡筒１における視野移動偏向場設定モジュール９１の設定を入力したときの信号電子軌道１９１（実線）、信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力したときの信号電子軌道１９２（一点鎖線）および視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を同時に入力した時の信号電子軌道１９３（点線）の模式図である。

視野移動偏向場設定モジュール９１の設定を入力時の信号電子軌道１９１は、１次電子軌道１８１の試料１３への照射位置から出射した後、対物レンズ２１の屈折作用で軌道が曲げられ、第３の偏向器３３の位置と第５の偏向器３６の位置にてそれぞれ偏向される。磁場を用いた偏向器における信号電子の偏向方向は前述の実施例と同様であるため、説明を省略する。図９の場合は第２の偏向器３２に衝突する軌道となる。なお、信号電子軌道１９１の構造物への衝突がない場合の軌道を破線１９１ｂに示している。

信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を入力時の信号電子軌道１９２は、対物レンズ２１を通過後、第３の偏向器３３、第２の偏向器３２および第４の偏向器３４の作用を受ける。第２の偏向器３２および第４の偏向器３４の位置を通過する信号電子の偏向方向は、第２の偏向器３２と第４の偏向器３４の動作比率を設定することにより、第２の偏向器３２のみで偏向した場合の方向から第４の偏向器３４のみで偏向した場合の方向の範囲内で任意に変えることが可能である。第２の偏向器３２と第４の偏向器３４の動作比率の設定方法については後述する。

視野移動偏向場設定モジュール９１の設定と信号電子偏向場設定モジュール９２の設定を同時に入力時の信号電子軌道１９３は、第３の偏向器３３の位置までは信号電子軌道１９１と同じ軌道を取る。信号電子偏向場設定モジュール９２は、信号電子が第２の偏向器３２および第４の偏向器３４の位置にて軸１０３上を通過するように設定する。

第２の偏向器３２と第４の偏向器３４の動作比率の設定方法について説明する。第２の偏向器３２および第４の偏向器３４の位置にて信号電子が軸１０３上を通過するように設定する場合、信号電子の進行方向は光軸１０３に対して傾きを持つ。これを光軸１０３に沿って信号電子が進行するように第２の偏向器３２および第４の偏向器３４の動作比率を設定すれば、視野移動のない状態と同じ軌道で信号電子がＥ×Ｂ偏向器５２に進入する。この結果、視野移動偏向を実施した場合においても視野移動偏向のない場合と同じ検出率が実現できる。

なお、本実施例においては磁場を用いた第２の偏向器３２と電場を用いた第４の偏向器３４とを重畳させた構成としているが、実施例２に記載のように偏向場が重畳しない配置としても同様の効果を得ることは可能である。さらに、第５の偏向器３６を電場を用いた偏向器としてもよい。

これにより、信号電子が検出器に到達するまでに構造物に衝突することにより検出率を低下させることなく、ビーム偏向による視野移動を用いた場合でもビーム偏向がない場合と同等の検出率を維持し、ビーム偏向による視野移動の範囲を拡大することが可能となる。

１…電子光学系鏡筒、２…電源ユニット、３…制御ユニット、１１…電子源、１２…電流制限絞り、１３…試料、２１…対物レンズ、２２…コンデンサレンズ、３１…第１の偏向器、３２…第２の偏向器、３３…第３の偏向器、３４…第４の偏向器、３５…第２の偏向器、３６…第５の偏向器、５１…検出器、５２…Ｅ×Ｂ偏向器、５３…反射板、６１〜６７…制御電源、８１…演算装置、８２…記憶装置、８３…入出力装置、９０…制御モジュール、９１…視野移動偏向場設定モジュール、９２…信号電子偏向場設定モジュール、９９…パラメータ情報、１０１…１次電子ビーム、１０２…信号電子。

Claims (10)

1. 電子源と、
   前記電子源から放出される１次電子ビームを試料上に集束させるコンデンサレンズ及び対物レンズと、
   前記コンデンサレンズを通過した前記１次電子ビームを偏向する複数の偏向器と、
   前記１次電子ビームの試料上での走査により発生する信号電子を検出する検出器と、
   前記電子源から前記対物レンズの中心に向けて伸ばした軸上に配置されるＥ×Ｂ偏向器及び反射板と、
   前記電子源、前記コンデンサレンズ及び前記対物レンズ、前記複数の偏向器を制御する制御ユニットとを有し、
   前記制御ユニットは、前記１次電子ビームの試料上での走査領域が前記電子源から前記対物レンズの中心に向けて伸ばした軸から外れた位置に移動するよう前記複数の偏向器を設定する第１の偏向場設定モジュールと、前記第１の偏向場設定モジュールで設定される走査領域を変えることなく、前記信号電子の軌道を補正するよう前記複数の偏向器を設定する第２の偏向場設定モジュールとを有し、
   前記制御ユニットは、前記第１の偏向場設定モジュールが設定する設定値に前記第２の偏向場設定モジュールが設定する設定値を加算して、前記複数の偏向器を制御し、
   前記検出器は前記Ｅ×Ｂ偏向器により偏向された前記信号電子が前記反射板に衝突して発生した電子を検出し、
   前記制御ユニットが前記複数の偏向器を制御することにより、前記信号電子は前記軸に沿って前記Ｅ×Ｂ偏向器に入射される走査電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記複数の偏向器は、前記コンデンサレンズから前記対物レンズの間に順に第１〜第３の偏向器を有し、
   前記検出器は、前記第１の偏向器と前記第２の偏向器との間に位置する走査電子顕微鏡。
3. 請求項２において、
   前記第１〜第３の偏向器は磁場を用いた偏向器、または電場を用いた偏向器である走査電子顕微鏡。
4. 請求項１において、
   前記複数の偏向器は、前記第１の偏向場設定モジュールによる設定値で制御される偏向器と、前記第２の偏向場設定モジュールによる設定値で制御される偏向器と、前記第１の偏向場設定モジュールによる設定値及び前記第２の偏向場設定モジュールによる設定値の加算値で制御される偏向器とを含む走査電子顕微鏡。
5. 電子源と、
   前記電子源から放出される１次電子ビームを試料上に集束させるコンデンサレンズ及び対物レンズと、
   前記コンデンサレンズを通過した前記１次電子ビームを偏向する複数の偏向器と、
   前記１次電子ビームの試料上での走査により発生する信号電子を検出する検出器と、
   前記電子源、前記コンデンサレンズ及び前記対物レンズ、前記複数の偏向器を制御する制御ユニットとを有し、
   前記制御ユニットは、前記１次電子ビームの試料上での走査領域が前記電子源から前記対物レンズの中心に向けて伸ばした軸から外れた位置に移動するよう前記複数の偏向器を設定する第１の偏向場設定モジュールと、前記１次電子ビームの軌道が前記軸から離軸した第１の軌道部分と前記軸に沿って前記対物レンズを通過する第２の軌道部分とを有する軌道をとるよう前記複数の偏向器を設定する第２の偏向場設定モジュールとを有し、
   前記制御ユニットは、前記第１の偏向場設定モジュールが設定する設定値に前記第２の偏向場設定モジュールが設定する設定値を加算して、前記複数の偏向器を制御する走査電子顕微鏡。
6. 請求項５において、
   前記複数の偏向器は、前記コンデンサレンズから前記対物レンズの間に順に第１〜第３の偏向器を有し、
   前記検出器は、前記第１の偏向器と前記第２の偏向器との間に位置する走査電子顕微鏡。
7. 請求項６において、
   前記第１〜第３の偏向器は磁場を用いた偏向器、または電場を用いた偏向器である走査電子顕微鏡。
8. 請求項５において、
   前記第２の偏向場設定モジュールの設定値は、前記第１の偏向場設定モジュールが、前記１次電子ビームの前記走査領域が前記軸から最も外れた位置に移動する設定値をとる場合に、前記検出器による前記信号電子の検出率が所定の検出率となるように設定される走査電子顕微鏡。
9. 請求項５において、
   前記軸上にＥ×Ｂ偏向器及び反射板を有し、
   前記検出器は前記Ｅ×Ｂ偏向器により偏向された前記信号電子が前記反射板に衝突して発生した電子を検出し、
   前記制御ユニットが、前記第１の偏向場設定モジュールが設定する設定値に前記第２の偏向場設定モジュールが設定する設定値を加算して、前記複数の偏向器を制御することにより、前記信号電子は前記軸に沿って前記Ｅ×Ｂ偏向器に入射される走査電子顕微鏡。
10. 請求項５において、
    前記複数の偏向器は、前記第１の偏向場設定モジュールによる設定値で制御される偏向器と、前記第２の偏向場設定モジュールによる設定値で制御される偏向器と、前記第１の偏向場設定モジュールによる設定値及び前記第２の偏向場設定モジュールによる設定値の加算値で制御される偏向器とを含む走査電子顕微鏡。

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