JP7760044B2 - 荷電粒子線装置の調整方法及び荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本開示は、荷電粒子線装置の調整方法及び荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線により試料を観察・分析する際に、試料の帯電によって二次荷電粒子線像の歪みや、輝度値のばらつきを生じることが知られている。これに対し、荷電粒子線の照射領域に光等の電磁波を照射することで帯電を制御する技術がある。

特許文献１には、光線を照射すると同時に荷電粒子線を照射し、帯電を防ぐ技術が開示されている。

特許文献２には、一次荷電粒子線のみを照射しているとき取得した第１観察画像と、一次荷電粒子線に加えて光を照射しているとき取得した第２観察画像との間の差分に基づき、一次荷電粒子線の照射位置と光の照射位置が合致しているか否かを判定する荷電粒子線装置が開示されている。また、特許文献２には、光の照射位置を特定するために用いる調整用試料は、上面からみると格子状にパターンが繰り返し並んでいて、パターン位置座標は目印によって認識することができること、上記差分が小さくなるように調整して、一次荷電粒子線の照射位置と光の照射位置を合致させることが開示されている。

特許文献３には、荷電粒子線と光線の照射位置の調整方法が開示されている。

特許文献４には、紫外線の照射領域を光電子像として表示し、光電子像と反射電子像とをモニタ上に重ねて表示する方法が開示されている。

特許文献５には、対象物に斜め上方から２次元スリット光を投影し、反射光を検出し、検出誤差の大きなスリット部分を除外して対象物の高さを検出する、光学的高さ検出方法が開示されている。

特開２００３－１５１４８３号公報 国際公開第２０２０／１１５８７６号 米国特許出願公開第２０１８／０１６６２４７号明細書 特開２００９－００４１１４号公報 特開２００７－１３２８３６号公報

光と荷電粒子線を照射する装置においては、荷電粒子線の照射位置に対する相対的な光の照射位置を調整する必要がある。例えば、光照射により試料の帯電を除去する場合は、帯電が生じる荷電粒子線照射領域と光照射領域を正確に一致させる必要がある。

本開示は、荷電粒子線の照射位置と光の照射位置とを簡易な方法で正確に一致させることを目的とする。

本開示の一態様に係る光照射位置の調整方法は、試料に荷電粒子線を照射する粒子線源と、試料からの粒子線を検出し粒子線電気信号を生じる粒子線検出器と、試料に照射する第一の光を発生する光源と、第一の光の照射位置を移動することができる可動機構と、第一の光の照射により試料から発せられた第二の光を検出し光電気信号を生じる光検出器と、試料を設置し移動することができる構成を有する試料ステージと、制御装置と、を備えた荷電粒子線装置において第一の光の照射位置を調整する方法であって、光源が、試料ステージに設置された調整用試料であって基準構造体を含むものに第一の光を照射し、光検出器が、基準構造体により第一の光が変調されたことにより発生した第二の光を検出し光電気信号を制御装置に送り、制御装置が、基準構造体を通過するように第一の光の照射位置を変更する指令を発し、光電気信号の変化に基いて、荷電粒子線の照射位置と第一の光の照射位置とが一致するように可動機構の調整をする。

本開示の別の態様に係る荷電粒子線装置は、試料に荷電粒子線を照射する粒子線源と、試料からの粒子線を検出し粒子線電気信号を生じる粒子線検出器と、試料に照射する第一の光を発生する光源と、第一の光の照射位置を移動することができる可動機構と、第一の光の照射により試料から発せられた第二の光を検出し光電気信号を生じる光検出器と、試料を設置し移動することができる構成を有する試料ステージと、制御装置と、を備えた荷電粒子線装置であって、光源は、試料ステージに設置された調整用試料であって基準構造体を含むものに第一の光を照射し、光検出器は、基準構造体により第一の光が変調されたことにより発生した第二の光を検出し光電気信号を制御装置に送り、制御装置は、基準構造体を通過するように第一の光の照射位置を変更する指令を発し、光電気信号の変化に基いて、荷電粒子線の照射位置と第一の光の照射位置とが一致するように可動機構の調整をする。

本開示によれば、荷電粒子線の照射位置と光の照射位置を簡易な方法で正確に一致させることができる。

実施例１の荷電粒子線装置を示す模式構成図である。 試料における光照射領域を示す図である。 図１の調整用試料６の一例を示す断面図である。 図３Ａの調整用試料６を示す上面図である。 図３Ｂにおいて点線の正方形で示す領域６ｐの拡大図である。 図３Ａの調整用試料６の変形例を示す断面図である。 実施例１で用いる調整用試料の全体構造を示す上面図である。 図１の制御系５の例を示す構成図である。 実施例１の光照射位置の調整方法を示すフローチャートである。 実施例１の調整ＧＵＩを示す図である。 実施例１の調整ＧＵＩを示す図である。 実施例１における二次光強度のミラー角度依存性の例を示すグラフである。 実施例１における二次光強度のミラー角度依存性の他の例を示すグラフである。 変形例１において用いる基準構造体の一例を示す断面図である。 変形例１において用いる基準構造体の他の例を示す断面図である。 変形例１において用いる基準構造体の別の例を示す断面図である。 変形例２において用いる基準構造体の例を示す断面図である。 変形例３において用いる基準構造体の例を示す断面図である。 変形例３において用いる基準構造体の他の例を示す断面図である。 実施例２で試料の高さが変化する場合の影響を示す模式図である。 実施例２の荷電粒子線装置を示す模式構成図である。 実施例２で用いる調整用試料の例を示す断面図である。 実施例２で用いる調整用試料の他の例を示す断面図である。 実施例２のミラー角度の校正方法を示すフローチャートである。 実施例２の校正ＧＵＩであって設定画面の例を示す図である。 実施例２の校正ＧＵＩであって試料高さの計測値及び調整結果の例を示す図である。 実施例２の照射位置の調整方法を示すフローチャートである。 実施例２でミラー角度の決定方法を説明するためのグラフである。 実施例３の光照射系及び光検出系を示す構成図である。 実施例４の光照射系及び光検出系を示す構成図である。 光学系の変形例を示す構成図である。 光学系の変形例を示す構成図である。 図２０Ａの受光素子２ｂで検出される信号強度Ｘ１を示すグラフである。 図２０Ａの受光素子２ｃで検出される信号強度Ｘ２を示すグラフである。 図２０Ａの信号処理部２ｄで算出される電気信号Ｘ３を示すグラフである。 実施例５の調整用試料の例を示す上面図である。 実施例５の座標変換式を得るための調整手順を示すフローチャートである。 実施例５の調整結果の表示ＧＵＩの例を示す図である。 実施例６で用いる調整用試料と光照射位置の関係を示す上面図である。 実施例６で得られる信号強度を示すグラフである。 実施例６で境界線と可動軸が斜めに交差する場合の課題を説明する図である。 実施例６で境界線と可動軸が直角に交わる場合を説明する図である。 実施例６の光照射位置の調整方法を示すフローチャートである。 実施例６の調整ＧＵＩを示す図である。 実施例６で第二の調整軸の調整方法を説明する図である。 実施例６の調整ＧＵＩを示す図である。 実施例６で光照射位置の移動前の二次光量を説明する図である。 図３２Ａの位置から光照射位置を移動した時の二次光量を説明する図である。 図３２Ａと図３２Ｂの間の二次光量の変化率を説明する図である。 二次光量の変化率を示すグラフである。 調整用試料上に２方向の境界線を持つ基準構造体の例を示す上面図である。 調整用試料上に２方向の境界線を持つ基準構造体の他の例を示す上面図である。 実施例６で使用できる調整用試料の変形例を示す上面図である。 図３５の基準構造体６ａから発せられ、受光素子２ｂで検出される電気信号を示すグラフである。 図３５の基準構造体６ｍから発せられ、受光素子２ｃで検出される電気信号を示すグラフである。 信号処理部２ｄで算出される電気信号を示すグラフである。

本開示に係る荷電粒子線装置における光照射位置の調整方法は、光の照射に応じて新たな光を生じる基準構造体を含む調整用試料と、光の照射位置を制御する制御装置と、光を検出し電気信号を生じる光検出器を用い、制御装置は、基準構造体を通過するように光の照射位置を移動させ、電気信号の変化を元に荷電粒子線の照射位置に対する相対的な光の照射位置を調整する。

以下、図面に基づいて、本開示の実施例を説明する。なお、本開示の内容は、後述する実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲において、種々の変形が可能である。また、後述する各実施例の説明に使用する各図の対応部分には同一の符号を付して示し、重複する説明を省略する。

本実施例では、荷電粒子線の照射により試料に生じた帯電を、光照射により生じた電荷で除去する場合を例として説明する。この例では、光により生成された電荷を試料上の帯電している領域に届けるため、光の照射位置と電子線の照射位置とを正確に一致させる調整方法が必要である。ただし、光照射の効果は、帯電除去のみに限定されない。他には、例えば、吸収スペクトルや発光スペクトルの計測や、顕微鏡を用いた形状観察なども対象であり、荷電粒子線の照射範囲と光の観察範囲を一致させるために、本実施例で説明する調整方法を使用することができる。

図１は、本実施例の荷電粒子線装置を示す模式構成図である。

荷電粒子線装置は、光照射系１と、光検出系２と、電子光学系３と、試料ステージ系４（試料ステージ）と、制御系５（制御装置）と、により構成されている。調整用試料６を用いることにより、電子の照射位置に対する相対的な光の照射位置を調整する。

電子光学系３は、ＳＥＭ画像を生成する構成であり、電子線源３ａ（粒子線源）と、電子線集光部３ｂと、電子線検出部３ｃ（粒子線検出器）と、ＳＥＭ画像生成部３ｄと、により構成されている。電子線源３ａから発した電子線は、電子線集光部３ｂを通して試料台に設置した試料の一点に照射される。試料から発した信号電子は、電子線検出部３ｃにより電気信号（粒子線電気信号）に変換される。ＳＥＭ画像生成部３ｄは、発生した電気信号を記録することで画像を生成する。ここで、ＳＥＭは、Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ（走査型電子顕微鏡）の略称である。

試料ステージ系４は、試料を設置する試料台４ａと、試料台４ａを移動する可動ステージ４ｂと、により構成されている。試料台４ａには、試料が設置され、可動ステージ４ｂによりその位置を変更できるようになっている。本図においては、試料台４ａには、調整用試料６が設置されている。調整用試料６は、基準構造体６ａを有する。

光照射系１は、光源１ａと、光照射位置調整部１ｂと、によって構成されている。光照射位置調整部１ｂは、光学素子１ｃと、可動ステージ１ｄと、から構成されている。光源１ａは、Ｘ線～赤外の波長を持つ任意の光源で、レーザー光源でもよいし、ＬＥＤやランプなどでもよい。波長は、固定でもよいし、波長可変の光源を用いてもよい。また、光源１ａは、複数の光源を組み合わせた多色の光源であってもよい。さらに、光源１ａは、パルス光源でもよいし、連続波光源でもよい。例として、光源１ａは、試料の帯電を光により除去する目的で使用する場合には、試料に電荷を励起する必要があるため、高エネルギーの光、特に波長４５０ｎｍ以下の波長の連続光を発するものが望ましい。

光源１ａは、光線Ｒａｙ１を光照射位置調整部１ｂに向けて発する。光照射位置調整部１ｂの光学素子１ｃは、ミラーである。可動ステージ１ｄが光学素子１ｃの角度を調整することにより、光線Ｒａｙ１が試料の適切な位置に照射されるようにする。ここで、光照射位置調整部１ｂは、光線Ｒａｙ１の照射位置を移動することができる可動機構である。以下では、光線Ｒａｙ１が照射される位置を「光照射位置」ともいう。

また、光学素子１ｃとしては、レンズやプリズムを用いることもできる。この場合、光学素子１ｃの位置を可動ステージ１ｄで移動することで、光照射位置を変更してもよい。

本図においては、光線Ｒａｙ１は、電子線の軌道に影響を与えないように、光照射位置調整部１ｂを介して斜めに入射し、試料に照射される。光線Ｒａｙ１は、平行光のまま照射してもよいし、レンズや曲面ミラーを用いて集光して照射してもよい。ただし、入射の方法は、この方法には限定されず、例えば電子線が通る穴を開けたミラーを電子光学系３内に設置し、電子線と平行に光線Ｒａｙ１を入射し、試料に垂直に光線Ｒａｙ１を照射してもよい。あるいは、光ファイバー等を通して荷電粒子線装置に導光してもよい。いずれの方法においても、光線Ｒａｙ１を試料に照射できればよい。

光線Ｒａｙ１が基準構造体６ａに入射すると、光線Ｒａｙ１を変調した光である二次光Ｒａｙ２を生じる。ここで、変調した光とは、例えば光線Ｒａｙ１に応じて発生した新たな光のことである。二次光Ｒａｙ２の例としては、回折光、蛍光、散乱光等が挙げられる。あるいは、基準構造体６ａから光検出系２に設けられた検出器（光検出器）の特定の方向にのみ選択的に光を反射する微小ミラーを用いる場合は、反射した光を基準構造体６ａから新たに発生した光とも考えることができる。したがって、この場合は、反射した光（反射光）も二次光に含まれると考えてよい。

ただし、変調した光は、上記の例に示す二次光に限定されるものではない。例えば、基準構造体６ａが光を吸収することで減光した光は、基準構造体６ａが発する新たな光ではないため、二次光ではないものの、基準構造体６ａにより変調された光の一種であると考えることができる。したがって、このような減光した光も、光照射位置の調整に利用できる。

本明細書においては、光源１ａから試料に照射される光を「第一の光」と呼ぶ。また、二次光、減光した光等、試料から光検出器に向かう光を「第二の光」と呼ぶ。

なお、光吸収に基づく調整方法については、実施例４の変形例にて詳細を説明する。

以降の説明では、基準構造体６ａが二次光を発する場合について説明する。

光検出系２は、二次光Ｒａｙ２を検出する。光検出系２は、二次光Ｒａｙ２のエネルギーを電気信号（光電気信号）に変換する受光素子により構成されている。本実施例では説明しないが、二次光Ｒａｙ２を明瞭に検出するため、光学フィルタやレンズを追加で使用してもよい。受光素子は、光を電気信号に変換する素子であり、ＣＭＯＳ、ＣＣＤカメラ、光電子増倍管、シリコンフォトマルやフォトダイオード等を用いることができる。あるいは、本実施例で説明するように、電子光学系３の電子線検出部３ｃで検出してもよい。例えば、電子線検出部３ｃとしては、Ｅｖｅｒｈａｒｔ－Ｔｈｏｒｎｌｅｙ検出器（以下「ＥＴ検出器」という。）が代表的である。ＥＴ検出器は、受光素子に加え、シンチレータとライトガイドとにより構成されている。二次光Ｒａｙ２は、受光素子に直接入射する構成、もしくはシンチレータで蛍光を発してその蛍光を受光素子で検出する構成により、電気信号に変換される。あるいは、二次光Ｒａｙ２は、途中のライトガイドに入射し、導光して受光素子に入射してもよい。

他の検出器としては、半導体検出器であるＳｉフォトダイオードがある。Ｓｉフォトダイオードは、光も電子も検出できるため、光検出系２に使用できる。本実施例のように、電子線検出部３ｃを使用する場合は、検出器の電気信号を処理する回路やソフトウエアを共通化できるため、ＳＥＭやＳＥＭ機能を有する電子線描画装置等に適する。

この構成により、既存の荷電粒子線装置に機構やソフトウエアを追加することなく照射位置を調整することができる効果を奏する。

また、光源１ａが周波数ｆで出力を変調し、光検出系２が周波数ｆの成分のみを抽出して検出する方法、つまりロックイン検出を行ってもよい。ロックイン検出を行うことで、荷電粒子線装置の外部から入射する光等の外乱に対し堅牢な調整方法とすることができる効果を奏する。

つぎに、光の照射領域と調整方法の原理について説明する。

図２は、試料における光照射領域を示す図である。

本図に示すように、レーザー光を斜めから試料に入射すると、楕円領域７ａを照射する。楕円領域７ａの短軸直径をｄ、長軸直径をＤ、中心位置を（ｘ，ｙ）とする。また、詳細は本実施例の後半で述べるが、基準構造体６ａは、その中心が電子線の照射位置となるように試料ステージ系４で調整されるものとする。楕円領域７ａと基準構造体６ａとが重なる部分は、領域６ａＬであり、二次光は、領域６ａＬから発せられる。

以下では、楕円領域７ａの中心のパワー密度が高く、中心から離れるに従ってパワー密度が低下するような空間分布を有するものとして説明する。例えば、レーザーを光源にしたときに生じるガウシアン型の空間分布について考える。

二次光の量は、領域６ａＬの面積と、楕円領域７ａの中心からの距離とにより決まる。特に、基準構造体６ａの大きさが楕円領域７ａよりも小さい場合においては、基準構造体６ａの中心と楕円領域７ａの中心とが一致したとき、二次光の量が最大となる。したがって、二次光の量が最大となるように光照射位置（ｘ，ｙ）を調整すれば、基準構造体６ａの中心と光照射位置とを一致させることができる。

基準構造体６ａの中心は、電子光学系３および試料ステージ系４により電子線の照射位置と一致するようにあらかじめ調整する。このため、上記の原理で基準構造体６ａを用いることで、光照射位置と電子線の照射位置とを正確に一致させることができる。なお、本実施例では、照射領域が楕円である場合を例として示しているが、正円、つまりｄ＝Ｄである場合も成り立つ。

光の中心位置（ｘ，ｙ）は、ミラーの角度を動かす可動部により調整できる。可動部の可動軸は１方向のみでもよいが、２方向（Ｈ，Ｖ）の可動軸を有する場合、ＸＹ面内、つまりは試料面内の任意の座標に照射位置を設定できるのでより望ましい。例えば、可動軸Ｈを動かすと、照射位置は（ｘ’，ｙ’）に移動する。同様に、可動軸Ｖを動かすと、照射位置は（ｘ’’，ｙ’’）に移動する。これらの可動軸（Ｈ，Ｖ）を最大まで動かしたときの、照射位置がとり得る範囲のことを、以降、照射位置の可動範囲７ｂと呼ぶ。そのＨ方向の大きさをＲ_Ｈ、Ｖ方向の大きさをＲ_Ｖとする。

つぎに、調整用試料６の例について説明する。

図３Ａは、図１の調整用試料６の一例を示す断面図である。

図３Ａに示すように、調整用試料６は、平坦な基板６Ｓと、基板６Ｓの中央部に設けられた複数の微細な突起の集合体である基準構造体６ａと、を有する。基板６Ｓは、例えば、Ｓｉ基板等で形成されている。基準構造体６ａは、例えば１００ｎｍ程度の高さを有する複数の突起で形成され、その材質は、例えばＳｉである。基準構造体６ａは、光線Ｒａｙ１の照射に応じて二次光Ｒａｙ２を発する。

図３Ｂは、図３Ａの調整用試料６を示す上面図である。

図３Ｂにおいては、基準構造体６ａは、円形状である。基準構造体６ａの中央部分には、十字形状の中心マーク６ｃが設けられている。

図３Ｃは、図３Ｂにおいて点線の正方形で示す領域６ｐの拡大図である。

図３Ｃにおいては、基準構造体６ａの領域６ｐは、複数の突起６ｂが縦横に等間隔に配置された構造を有している。それぞれの突起６ｂは、円柱形状である。それぞれの突起６ｂの直径は、例えば１００ｎｍ程度である。隣り合う突起６ｂ同士の距離、すなわち周期Ａは、光の波長をλ、光が周期構造に入射する媒質の屈折率をｎ、楕円領域７ａ（図２）の短軸直径ｄとすると、次の関係式を満たす。

λ／ｎ＜Ａ＜ｄ
このような構造とすることにより、光の照射領域（楕円領域７ａ）内に少なくとも１周期以上の周期構造があり、かつ、その周期Ａが波長λより大きいため、周期構造が回折格子として働く。周期構造を適切に設計すれば、回折光を検出器方向に発生させることができるため、回折光を二次光Ｒａｙ２として利用できる。回折光は、特定の回折角度に光を回折できることから、二次光Ｒａｙ２を検出器方向に選択的に出射できる。このため、二次光Ｒａｙ２を確実に検出できるという効果を奏する。

なお、媒質の屈折率ｎとは、例えば、調整用試料が真空中に設置される場合、真空の屈折率ｎ＝１のことである。また、周期構造は、紫外光や電子線の照射や、大気への暴露により劣化しにくいＳｉやＳｉＯ_２等で構成することが望ましい。長期に安定して使用することができるという効果を奏するからである。

図３Ｄは、図３Ａの調整用試料６の変形例を示す断面図である。

図３Ｄにおいては、調整用試料６の基準構造体６ａは、保護層６Ｓ’で覆われている。保護層６Ｓ’の材質は、光線Ｒａｙ１が透過する材料であればよく、例えば、ＳｉＯ_２等を用いることができる。この場合、媒質の屈折率ｎは、保護層６Ｓ’の屈折率である。

このように、調整用試料６が保護層６Ｓ’を有することにより、基準構造体６ａを異物から保護することができる。また、超音波洗浄等により調整用試料６の洗浄を行っても基準構造体６ａを損傷することがないため、調整用試料６を繰り返し使用できるという効果を奏する。

基準構造体６ａの外形は、任意の形状でよいが、基準構造体６ａの中心について回転対称性を有する形状とすることが更に好ましい。このような形状とすることにより、光の照射領域（楕円領域７ａ）と重なる部分から発せられる二次光Ｒａｙ２の量が、基準構造体６ａの向きによらず、中心からの距離に応じて単調に増加するため、位置調整が簡易になるからである。例えば、基準構造体６ａの外形を本実施例に示すように正円としてもよい。あるいは、正円を多角形で近似した形状としてもよい。

中心マーク６ｃは、基準構造体６ａを構成する突起６ｂの一部を取り除き、下層のＳｉ基板が露出するようにすることで構成している。また、中心マーク６ｃとする部分に突起６ｂを形成しないようにして基準構造体６ａを形成してもよい。

あるいは、中心マーク６ｃの位置には、突起６ｂとは異なる形状の突起を配置してもよい。この場合、中心マーク６ｃを構成する突起の材質は、基準構造体６ａと同一でもよいし、金属など別の材料を用いてもよい。

中心マーク６ｃは、ＳＥＭ画像により基準構造体６ａの中心を確認し、試料ステージ系４を移動する際に用いる。したがって、中心マーク６ｃの形状は、ＳＥＭ画像で確認できれば任意の形状でよく、円形状、楕円形状、Ｌ字形状、四角形状等でもよい。中心マーク６ｃの外寸は、１０ｎｍ以上１ｍｍ以下の範囲内にあることが必要であり、ＳＥＭの視野内に入る寸法とする。中心マーク６ｃの外寸は、光の照射径ｄより小さくすることが更に望ましい。中心マーク６ｃによる二次光強度の低下を抑えられるためである。あるいは、基準構造体６ａの大きさが、ＳＥＭ画像内に入る程度の大きさ、つまり数μｍ程度である場合は、基準構造体６ａ自体をマーカーとして中心を確認できるので、中心マークを省略することもできる。

図４は、本実施例で用いる調整用試料の全体構造を示す上面図である。

本図に示す調整用試料６は、粗調整用基準構造体６ａ’及び微調整用基準構造体６ａ’’の２つの基準構造体を有している。

粗調整用基準構造体６ａ’の外形は、微調整用基準構造体６ａ’’の外形より大きいため、光の照射位置を大まかに調整するのに適する。一方、微調整用基準構造体６ａ’’の外寸は、光照射径ｄ（図２）より小さくすることで、光照射位置のずれに対し二次光量の変化量が大きくなるため、より正確に光照射位置を調整できる。なお、光照射位置の定期的な微調整に用いる場合等は、光照射位置のずれが小さいと考えられるため、粗調整用基準構造体６ａ’を省略した調整用試料を用いてもよい。

本実施例において、粗調整用基準構造体６ａ’及び微調整用基準構造体６ａ’’はどちらも、同様の周期構造を有する。つまり、どちらも、複数の突起６ｂが同様の間隔で配置された構造を有している。このようにすることで、光検出系２は、単一の種類の二次光Ｒａｙ２のみに対応すればよいため、光学系の構成を単純化できるとともに、調整用試料６の作製が容易になるという効果を奏する。

あるいは、粗調整用基準構造体６ａ’と微調整用基準構造体６ａ’’とを別の種類としてもよい。例えば、周期構造を用いる場合、その寸法は周期Ａより小さくすることができないものの、例えば蛍光体を用いることで、より小さい基準構造体を作ることができるため、高精度の調整に適する。

続いて、複数の粗調整用基準構造体６ａ’及び微調整用基準構造体６ａ’’の配置について説明する。

粗調整用基準構造体６ａ’及び微調整用基準構造体６ａ’’は、隣の基準構造体から発せられる二次光Ｒａｙ２と区別ができるように、隣との距離Ｌを広く取る必要がある。具体的には、Ｌ＞Ｒとする。ここで、Ｒは、可動範囲Ｒ_Ｈ，Ｒ_Ｖのうち大きい方の値である。より好ましくは、光照射領域である楕円領域７ａ（図２）の長軸直径Ｄも考慮し、Ｌ＞Ｒ＋Ｄ／２であるとよい。このような配置とすることで、隣接する基準構造体の二次光信号と混同することなく、正確に照射位置を調整する効果を奏する。

なお、異なる種類の二次光Ｒａｙ２を発する基準構造体を隣に配置する場合は、上記の距離Ｌより近接して基準構造体を配置することもできる。ここで、異なる種類の二次光とは、例えば、異なる波長の二次光の意味である。蛍光は、入射光とは異なる波長の光であるので、回折光を生じる周期構造と、蛍光体との組み合わせにより実現できるし、異なる波長で発光する蛍光体を組み合わせてもよい。このように隣り合う構造体から発せられる二次光の波長を変化させることで、隣接する基準構造体からの二次光をカラーフィルタ等によりを除去することができる。あるいは、周期構造を有する基準構造体と、二次光の偏光が入射光とは変わるような基準構造体とを隣接させる場合、例えば、蛍光体や散乱体を隣接させる場合は、偏光子を用いることにより、隣接する構造体からの二次光信号を分離することができる。

粗調整用基準構造体６ａ’の中心マーク６ｃ’及び微調整用基準構造体６ａ’’の 中心マーク６ｃ’’の大きさは、それぞれの基準構造体の外形に合わせて拡大縮小してもよい。ただし、ＳＥＭ画像を用いた試料ステージ位置の調整には、同じＳＥＭ倍率で調整すると、ＳＥＭ画像の調整精度を同程度にできるので好ましい。そのため、粗調整用の中心マーク６ｃ’の寸法は、微調整用の中心マーク６ｃ’’の寸法と同じとするとなおよい。

図５は、図１の制御系５の例を示す構成図である。

制御系５は、ＳＥＭ画像処理部５ａと、試料ステージ制御部５ｂと、光制御部５ｃと、表示部５ｄと、記憶部５ｅと、を有する。ＳＥＭ画像処理部５ａは、ＳＥＭ画像生成部３ｄで生成されたＳＥＭ画像をもとに、図３に示す調整用試料６の基準構造体６ａの中心マーク６ｃを検出する。試料ステージ制御部５ｂは、ＳＥＭ画像の中心に基準構造体６ａの中心マーク６ｃが来るように、可動ステージ４ｂ（図１）を移動する。光制御部５ｃは、二次光Ｒａｙ２の信号強度を元に、ミラー角度（Ｈ，Ｖ）を制御し、光の照射位置を調整する。表示部５ｄは、ＳＥＭ画像や調整結果を表示する。記憶部５ｅは、調整後のミラー角度を記録する。

図６、７Ａ、７Ｂ、８Ａ及び８Ｂを用いて、光照射位置の調整方法の基本操作を説明する。

まず、ユーザーは、使用する調整用試料６と基準構造体６ａを選択する（工程Ｓ１）。例えば、図７Ａに示すように、ユーザーは、ＧＵＩ（８ａ）を用いてリストから選択できる。制御装置は、ユーザーの選択に応じて搬送アーム等を用いて調整用試料を試料台に設置する。さらに、制御装置は、選択した基準構造がＳＥＭ画像に写る位置まで試料ステージを移動する。

次に、ＳＥＭ像を確認しながら、マーク中心にステージを移動する（工程Ｓ２～Ｓ３）。ユーザーは、中心マークを確認できる倍率をＧＵＩ（８ｂ）で選択する。制御装置は、パターンマッチング等のアルゴリズムにより、自動的に試料ステージを移動する。あるいは、ユーザーは、手動でＳＥＭ画像８ｃを観察しながら、基準構造体の中心マークが画像中央となるように試料ステージのＸＹ座標８ｄを設定する。これらの手順（工程Ｓ１～Ｓ３）により、電子線照射範囲の中心が基準構造体の中心と一致する。

次に、ユーザーは、光照射位置調整の条件を設定する（工程Ｓ４）。まず、ユーザーは、検出器の信号が飽和しないようにするため、照射するレーザーの出力（設定項目８ｅ）を設定する。続いて、二次光Ｒａｙ２を検出する検出器（設定項目８ｆ）をリストから選択する。例えば、本実施例においては、二次光Ｒａｙ２が最も入射しやすい位置にある電子線検出部３ｃを選択することが望ましい。続いて、ミラー角度のスキャン範囲（設定項目８ｇ）を２つの軸Ｈ、Ｖに対してそれぞれ設定する。スキャン範囲とは、最適なミラー角度を探索するためにミラーの角度を変化させる範囲のことであり、ＧＵＩ上では例えばスキャンの開始地点と終了地点を設定できる。あるいは、図示していないが範囲の中心と幅を指定できるＧＵＩ構成としてもよい。

また、ユーザーは、ＧＵＩ（８ｈ）で２つの軸Ｈ、Ｖのうちどちらを最初に調整するかも選択する。以降の説明では、軸Ｈを最初に調整することを選択した場合を例に説明するが、逆に軸Ｖを最初に調整するように設定した場合でも同様の手順で調整できる。その際、選択していない方、つまり軸Ｖの角度をどの値に設定しておくかをユーザーはＧＵＩ（８ｉ）で選択できる。例えば、ユーザーが設定したスキャン範囲の中央の値を使用することを指定することもできるし、手動で任意の値を設定できるようにしてもよい。同様に、ユーザーは、第２段階の調整、つまり軸Ｖの調整時に、他方の軸、つまり軸Ｈの角度をどのように設定するかをＧＵＩ（８ｊ）で設定できる。例えば、第１段階の調整で軸Ｈを調整した結果得られた最適値を使用するように設定する。

次に、ユーザーがスタートボタンを押すと、制御装置は光照射を開始する（工程Ｓ５）とともに、軸Ｖの角度を動かす（工程Ｓ６）。その後、軸Ｈの値を変化させながら、ユーザーが選択した検出器の電気信号の大きさが最大となる軸Ｈの角度を抽出する（工程Ｓ７）。例えば、一定の間隔で軸Ｈの角度を変えながら、二次光信号を記録する。このとき、光照射位置が基準構造体を通過すると二次光の量が増加するため、ミラー角度の関数として二次光強度をプロットすると、図８Ａのような山なりの関数となる。言い換えると、図８Ａにおいては、図２に示すように軸Ｈの方向に二次光の量を測定した場合に、二次光の量が突出した最大値を有する曲線となる。

結果は、図７Ｂに示すような調整結果ウィンドウに第一スキャン結果（グラフ８ｋ）として表示される。このうち、最大値を取るミラー角度が調整後のミラー角度である。

また、二次光強度が最大となるミラー角度を求める方法としては、勾配法を用いることもできる。勾配法は、最急降下法とも呼ばれるアルゴリズムであり、少ない試行回数で極大値や極小値を求めることができるので、調整を高速に完了することができるという効果を奏する。

なお、基準構造体６ａの大きさに対して光の照射径ｄが小さい場合は、図８Ａに示すような山なりの曲線ではなく、図８Ｂに示すようなステップ関数型の曲線（軸Ｈの変化に対して二次光の量がほぼ一定の最大値となる範囲を有する曲線）となる。さらに、光照射領域（楕円領域７ａ）内のパワー密度が空間的に均一な分布をしている場合、すなわちフラットトップ型の空間分布を有する場合も、図８Ｂに示すようなステップ関数型の曲線となる。これらの場合は、二次光強度が最大値の１／２まで減少するミラー角度をＨ０、Ｈ１としたとき、ミラー角度の最適値は、（Ｈ０＋Ｈ１）／２のようにして、ピークの中心として求めることができる。

図８Ａ及び８Ｂに示すようなデータから、最適なミラー角度を抽出するアルゴリズムとしては、上述のような、最大値を用いる方法や、ピーク中心を用いる方法に限らない。光検出系が出力する信号量のミラー角度依存性から、最適値を与えるアルゴリズムであればよい。例えば、ガウス関数にフィッティングを行う方法を用いてもよいし、機械学習モデルによってもよい。アルゴリズムは、制御装置に複数実装されてもよい。どのアルゴリズムを使用するかは、制御装置が自動的に判定して選択してもよいし、ユーザーがＧＵＩ上で選択できるようにしてもよい。

次に、制御装置は、他方の調整軸、つまり軸Ｖの調整を同様の手順（工程Ｓ８～Ｓ９）で行い、第二スキャン結果（グラフ８ｌ）が表示される。図７Ｂのウィンドウには、調整時の条件、例えば、レーザーパワーや使用した検出器なども欄８ｍに表示される。

ユーザーは、工程Ｓ１～Ｓ９の調整手順を粗調整用基準構造体と微調整用基準構造体を順に行うことで調整できる。調整を行う際、ミラーのスキャン位置が大きくずれていると、光が基準構造体に当たらないため、二次光強度を最大化するミラー角度を抽出することができないが、初めに寸法が大きい粗調整用基準構造体を用いて調整を行うことで、照射位置を大まかに調整することができる効果を奏する。

さらに、単一の調整用試料上に寸法が光の照射径より小さい微調整用基準構造体も有することにより、試料を交換することなく粗調整と微調整を高速に切り替え、高精度に照射位置を調整できる効果を奏する。

微調整が完了した後、可動軸Ｈ、Ｖの設定値は、記憶部５ｅ（図５）に保存する。望ましくは、設定に用いた全ての情報を保存する。例えば、設定に用いた検出器、Ｈ、Ｖの範囲などである。結果は、自動的に保存してもよいし、ユーザーが結果を確認してから手動で保存してもよい。この手順により、電子線の照射位置と光の照射位置を正確に一致させるミラー角度の設定値を記録し、後から呼び出すことができる。なお、電子線と光の照射位置のずれが小さい場合は、粗調整の手順を省略して、最初から微調整を行ってもよい。

本実施例に係る調整方法は、光の照射に応じて二次光を生じる基準構造体を含む調整用試料と、光の照射位置を制御する制御装置と、二次光を検出し電気信号を生じる光検出器と、を用い、制御装置は、基準構造体を通過するように光照射位置を二方向に順次移動させ、発生した二次光量を最大化することにより、光照射位置を電子線照射位置に対して正確に調整することができる効果を奏する。

また、本実施例に係る調整方法は、荷電粒子線の照射により生じる試料の帯電の除去にも応用することができる。光照射位置と荷電粒子線の照射位置を正確に一致させることで、光照射により発生した電荷を帯電領域に効率よく注入できるため、帯電除去効果が向上するという効果を奏する。

本実施例で用いる基準構造体は、図３に示す周期構造のみならず、二次光Ｒａｙ２を発する種々の構造を用いることができる。

以下、基準構造体の変形例１～３を用いて説明する。

［基準構造体の変形例１］
変形例１においては、基準構造体として蛍光体を用いる例について説明する。

蛍光体は、光に応じて別の波長の光を発する材料であればよく、例えば発光中心を有するＹＡＧ等の材料でもよいし、ＧａＮなどの半導体でもよい。あるいは、量子ドットや、ナノワイヤ、量子井戸などの微細構造を有する材料を用いてもよい。発光波長は、例えば紫外～赤外の任意の波長でよいが、二次光検出器としてＥＴ検出器を用いる場合は、シンチレータと同じ発光波長とすると、高い検出感度の波長域を用いることができるためよりよい。別の観点では、ＥＴ検出器を構成する受光素子の感度が高い波長域とするとよい。基準構造体として蛍光体を用いると、二次光として入射光と異なる波長の光を用いることができるので、カラーフィルタやダイクロイックミラーなどを用いることで、入射光や反射光の影響を受けず、明瞭に二次光を検出できるという効果を奏する。

図９Ａは、変形例１において用いる基準構造体の一例を示す断面図である。

図９Ａにおいては、調整用試料６は、蛍光体の基準構造体６ａを有する。

基準構造体６ａは、平坦な構造をしていてもよいが、構造を変化させることで二次光信号量を増やすことができる。

以下、二次光を増やす方法について述べる。

図９Ｂは、変形例１において用いる基準構造体の他の例を示す断面図である。

本図においては、調整用試料６の基板（Ｓｉ製）の表面にＳｉＯ_２の凹凸構造６ｄなどの微細な構造を形成し、その凹凸構造６ｄの表面を蛍光体で覆った構造を有する。このような構成とすることにより、内部全反射により試料内に閉じ込められる光を調整用試料６から取り出すことができる。このため、結果として二次光量を増やすことができる。なお、光の閉じ込めは、蛍光体と空気との界面で起こる全反射による。

図９Ｃは、変形例１において用いる基準構造体の別の例を示す上面図である。

本図においては、蛍光体は、光共振器構造となるように設けられている。本図に示す基準構造体６ａとして用いる微小な光共振器としては、例えば、Ｈ１型フォトニック結晶共振器６ｅ等がある。ただし、光共振器構造は、これらに限定されず、Ｆａｂｒｙ－Ｐｅｒｏｔ共振器やマイクロディスク共振器でもよい。これらの光共振器は、発光量を増強することができるので、二次光量を増やすことができる。

図９Ｂ及び９Ｃに示すように、蛍光体に光構造を付加すると、検出できる二次光量を増やすことができるため、二次光を明瞭に検出できるという効果を奏する。

［基準構造体の変形例２］
変形例２においては、基準構造体に散乱体を用いたものについて説明する。

図１０は、本変形例において用いる基準構造体の例を示す断面図である。

散乱体６ｆは、入射した光に応じて、同じ波長の光を角度範囲に向けて出射するような構造体である。散乱の角度範囲は、散乱体６ｆの表面粗さＲ_ｚにより決まり、光検出器が角度範囲に含まれるような構造のものを用いると、二次光を明瞭に検出できるため望ましい。散乱体６ｆから発せられる二次光は、様々な方向に二次光を発するので、散乱体６ｆを基準構造体として用いると、検出器の位置が異なる多種類の荷電粒子線装置に対応できるという効果を奏する。

本変形例においては、散乱体６ｆとして表面が粗化した場合について説明しているが、これに限定されるものではない。例えば、酸化チタンを樹脂などに分散した散乱体、多数の扁平ボイドを内部に有するポリエステルフィルムを用いた散乱体、硫酸バリウムなどの拡散材料を用いた散乱体があげられる。

［基準構造体の変形例３］
本変形例では、基準構造体に微小ミラーを用いる変形例を説明する。

図１１Ａは、本変形例において用いる基準構造体の例を示す断面図である。

本図においては、調整用試料６は、微小ミラーの基準構造体６ｇを有する。

微小ミラーの表面は、鏡面であり、微小ミラーで反射した光を二次光とする。鏡面は、調整用試料６の基板面、つまりＸＹ平面に対して角度αだけ傾いている。入射光のＸＹ平面に対する入射角をβとすると、微小ミラーで反射された光の角度は、γ＝β－αとなる。一方、基準構造体６ｇの外側（調整用試料６の基板面）で正反射した光は、調整用試料６の基板面の法線を対称軸として入射光とは反対の方向、つまり角度－βの方向に向かう。このため、検出器は、微小ミラーでの反射光のみを検出することができる。微小ミラーは、入射光の波長域における反射率が高い金属を用いてもよいし、誘電体多層膜ミラーを用いてもよい。

基準構造体６ｇとして微小ミラーを用いると、微小ミラーで反射した光のすべてが検出器に向かうため、明瞭な二次光信号を効率よく得ることができる効果を奏する。また、微小ミラーの表面は、曲面でもよく、例えば放物面にした場合、検出器を放物面の焦点位置に配置することで、更に効率よく光を検出することができる。

図１１Ｂは、本変形例において用いる基準構造体の他の例を示す断面図である。

本図においては、調整用試料６は、複数のミラーをアレイ状に並べた基準構造体６ｈを有する。

基準構造体６ｈは、厚さを変えることなく角度αを大きくすることができ、角度－β方向に向かう正反射光との分離が容易となる。このため、二次光量の変化を明確に検出することができる。

さらに、基準構造体６ｇ（微小ミラー）は、ＭＥＭＳミラーとしてもよく、外部からの制御信号により角度αを制御できるようにしてもよい。このような可動機構により、発生する二次光の角度が可変となるので、異なる位置の検出器が異なる多種類の荷電粒子線装置に対応するようにできる。

本実施例では、荷電粒子線装置の試料ステージ系が試料高さセンサーを有する点が、実施例１と主に異なる点である。

まず、図１２を用いて課題を説明する。

図１２は、本実施例で試料の高さが変化する場合の影響を示す模式図である。

本図に示すように、電子線の軌道を避けるように角度βで光を斜めから入射する場合、試料９の高さがｄｚだけ変化すると、光の照射位置は、試料９の表面において距離ｄｚ・ｔａｎβだけ移動する。したがって、試料９の高さの変化に合わせて光の照射位置も調整する必要がある。

図１３は、本実施例の荷電粒子線装置を示す模式構成図である。

本図に示す荷電粒子線装置においては、高さセンサー４ｃを有する点で、実施例１（図１）と異なる。

高さセンサー４ｃは、試料の高さを計測する。高さセンサー４ｃの出力値に応じて、最適なミラー角度に校正することで、任意の高さの試料に対して光照射位置を調整することができる。

図１４Ａは、本実施例で用いる調整用試料の例を示す断面図である。

本図に示す調整用試料６ｉ、６ｉ’、６ｉ’’は、校正に用いるものである。調整用試料６ｉ、６ｉ’、６ｉ’’は、それぞれ異なる厚さの基板を有し、異なる高さでの調整を行うことができる。

図１４Ｂは、本実施例で用いる調整用試料の他の例を示す断面図である。

本図に示す調整用試料６ｊは、異なる厚さの部分を有し、それぞれの部分に基準構造体６ａを設けている。

なお、以降の説明では、図１４Ａを例に説明するが、図１４Ｂのような試料を用いた場合も、同様の手順で構成することが可能である。また、図１４Ａ及び１４Ｂにおいては、３種類の高さの試料のみを例示しているが、高さの種類が更に多い試料を用いてもよいのはもちろんである。

高さセンサーは、光てこ方式の高さセンサーや、レーザー干渉計を用いると高精度に高さを計測できるため適するが、計測の方法は、これに限らず、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ ｆｌｉｇｈｔ）型の高さセンサーでもよいし、機械的に高さを計測してもよい。高さセンサーの構成例としては、特許文献５に記載のものなどが挙げられる。

つぎに、ミラー角度の校正手順を説明する。

図１５は、ミラー角度の校正方法を示すフローチャートである。

図１６Ａは、操作ＧＵＩであって設定画面の例を示す図である。

図１６Ｂは、操作ＧＵＩであって試料高さの計測値及び調整結果の例を示す図である。

まず、ユーザーは、光照射位置調整の設定項目（８ｂ、８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ、８ｉ、８ｊ）を入力する（工程Ｓ１０）。設定項目は、実施例１と同様であるため、説明は省略する。

次に、ユーザーが開始ボタンを押すと、制御装置は、自動的に搬送アームなどを使用し、試料台に調整用試料を設置する（工程Ｓ１１）。

次に、制御装置は、光を照射しないでＳＥＭ撮影をする（工程Ｓ１２）。そして、ＳＥＭ画像の中心に中心マークが写るようにステージを移動する（工程Ｓ１３）。中心への移動は、実施例１で説明したように、パターンマッチング等のアルゴリズムで自動で行うことができる。あるいは、実施例１で説明したように、ユーザーの入力により手動調整ができるような構成としてもよい。

次に、制御装置は、実施例１で説明したようにミラー角度Ｈ，Ｖを調整する（工程Ｓ１４）。

次に、制御装置は、試料ステージを基準構造体のない平坦部に移動する（工程Ｓ１５）。そして、高さセンサーにより試料高さを計測する（工程Ｓ１６）。平坦部で高さ計測を行うことで、基準構造体の影響を受けず、正確に高さを計測できる効果を奏する。

次に、計測装置は、試料高さの計測値と調整結果（Ｈ，Ｖ）を紐付けて記憶部５ｅに保存する（工程Ｓ１７）。より好ましくは、調整時のレーザー出力や使用した検出器等の条件も、同時に保存する。

次に、制御装置は、搬送アームなどを使用し、試料台から調整用試料を取り出す（工程Ｓ１８）。

次に、制御装置は、工程Ｓ１２に戻り、別の高さの調整用試料を用いて調整を行う。すべての調整用試料に対して調整を完了したら、調整工程を終了する。

以上の工程を完了すると、高さセンサーの値に応じたミラー角度（Ｈ，Ｖ）の最適値のテーブルが構築され、テーブル８ｎに表示される。

なお、可動ステージ４ｂが高さ方向（Ｚ方向）にも可動軸を有する場合は、異なる高さの試料を使用する代わりに、可動ステージ４ｂの高さを変化させることで、高さセンサーの値とミラー角度の値とを対応付けるテーブルを作成してもよい。

図１７は、実施例２の照射位置の調整方法を示すフローチャートである。

本図を用いて、試料の高さに応じて自動的に照射位置を調整する方法を説明する。

まず、ユーザーは、荷電粒子線と光を照射したい試料を試料ステージに設置する（工程Ｓ２０）。ここで、試料とは、例えば、荷電粒子線装置がＳＥＭである場合においては、観察対象の試料の意味である。このとき、試料の高さは未知でよい。

次に、制御装置は、高さセンサーにより試料の高さを計測する（工程Ｓ２１）。

最後に、制御装置は、テーブル８ｎ（図１６Ｂ）に基づき、可動軸Ｈ、Ｖの値を内挿もしくは外挿をして設定する（工程Ｓ２２）。

図１８は、図１６Ｂのテーブル８ｎをグラフ化したものである。横軸は試料高さ（Ｈｅｉｇｈｔ）であり、縦軸はミラー角度の最適値である。

図１８においては、例として可動軸Ｈについての例のみ示しているが、可動軸Ｖに対しても同様に調整できる。本図のグラフに示す点は、工程Ｓ１０～Ｓ１７で求めた値であり、曲線は、これらの点をつないだ線である。試料高さがｚ１であったとすると、最適なミラー角度ｈ１は、試料高さがｚ１に対する曲線Ｌ１の値として求まる。言い換えれば、内挿により得られた曲線Ｌ１を用いることで、最適なミラー角度を計算することができる。あるいは、試料高さがテーブル８ｎの範囲外であった場合は、範囲内のデータ点を元に外挿することにより求めることができる。

本実施例に係る調整方法は、高さセンサーと連動して光の照射位置を自動的に調整することができる。これにより、光を試料に対して斜めに入射する場合であっても、試料高さによらず、電子線照射位置と光の照射位置とを正確に一致させることができる。

本実施例では、光検出器を入射光の経路上に設置する点が、実施例１と主に異なる点である。

図１９は、光照射系及び光検出系の部分のみを抽出して示す構成図である。その他の装置構成は、実施例１と同様のため、説明を省略する。

本図においては、光照射系１は、入射光の経路上に分岐部１ｅを有する。分岐部１ｅとしては、ビームスプリッタを用いることができる。

光線Ｒａｙ１（入射光）が調整用試料６の基準構造体６ａに照射されると、二次光Ｒａｙ２を発生する。二次光Ｒａｙ２は、光線Ｒａｙ１と真逆の方向（１８０度の方向）にも向かうため、分岐部１ｅに到達する。そして、二次光Ｒａｙ２は、分岐部１ｅを透過して直進する光線と、分岐部１ｅで反射する光線Ｒａｙ３とに分かれる。光検出系２は、光線Ｒａｙ３（二次光）を検出する。

このように調整用試料６から戻ってきた二次光を検出する構成とすることで、光照射系１と光検出系２とを一体化することができるため、コンパクト化でき、荷電粒子線装置への設置が容易となる効果を奏する。

基準構造体として蛍光体を用いた場合は、分岐部１ｅにダイクロイックミラーを用いることができる。ダイクロイックミラーには、ショートパス型とロングパス型がある。ショートパス型は、ある波長よりも短い波長の光は直進し、長い波長の光を反射する特徴を持つ。一方、ロングパス型のダイクロイックミラーは、ある波長よりも長い波長の光は直進し、短い波長の光は反射する特徴を持つ。

本実施例の構成においては、試料から戻ってきた蛍光は、分岐部で反射させる。蛍光体は、入射光からエネルギーを受け取り、入射光より低いエネルギー、すなわち長い波長の光を生じる材料であるから、ダイクロイックミラーとしては、長い波長の光を反射するショートパス型が適する。ただし、光源と光検出系の位置を逆転した場合は、逆に長い波長である蛍光が直進するロングパス型が適する。ダイクロイックミラーを使用する構成とすることで、波長に応じて光路を切り替えることができ、ビームスプリッタを用いる場合と比べ、より多くの二次光を検出器に入射することができるため、より明瞭に二次光を検出できるという効果を奏する。

また、分岐部１ｅには、偏光ビームスプリッタを用いることもできる。この場合、二次光の偏光が入射光の偏光とは異なることが必要であり、例として基準構造体に散乱体や蛍光体を用いる場合等に適用できる。偏光ビームスプリッタを使用する構成とすることで、偏光に応じて光路を切り替えることができる。無偏光のビームスプリッタを用いる場合は、二次光信号の一部はビームスプリッタを直進する。このため、偏光ビームスプリッタを用いると、より多くの二次光を反射して検出器に入射することができる。このため、より明瞭に二次光を検出できるという効果を奏する。

本実施例では、光検出器を正反射光の経路上に設置する点が、実施例１と主に異なる点である。

図２０Ａは、光照射系及び光検出系の部分のみを抽出して示す構成図である。その他の装置構成は実施例１と同様のため、説明を省略する。

本図においては、光検出系２は、分岐部２ａと、２つの受光素子２ｂ、２ｃと、信号処理部２ｄと、を有する。

分岐部２ａは、正反射光を反射光Ｒａｙ１’と二次光Ｒａｙ３’とに分ける。二次光Ｒａｙ３’は、受光素子２ｂで検出される。分岐した反射光Ｒａｙ１’は、受光素子２ｃで検出される。基準構造体６ａとして蛍光体を用いた場合は、実施例３で説明したようにダイクロイックミラーや偏光ビームスプリッタを用いることができる。基準構造体６ａとして散乱体を用いた場合は、実施例３で説明したように、偏光ビームスプリッタを用いることができる。

つぎに、光照射位置の調整において受光素子２ｂ、２ｃの信号強度Ｘ１、Ｘ２の変化について説明する。

図２１Ａは、図２０Ａの受光素子２ｂで検出される信号強度Ｘ１を示すグラフである。

図２１Ｂは、図２０Ａの受光素子２ｃで検出される信号強度Ｘ２を示すグラフである。

実施例１に説明したように、基準構造を通過するように光照射位置を動かすと二次光の信号強度Ｘ１は、上に凸の曲線Ｆ１となる（図２１Ａ）。

一方、二次光が発生すると、照射した光エネルギーの一部が二次光に変換されるため、生じる反射光の強度は低くなる（図２１Ｂ）。したがって、基準構造体を通過するように光照射位置を動かすと、反射光の強度は、下に凸の曲線Ｆ２となる。

図２１Ｃは、図２０Ａの信号処理部２ｄで算出される電気信号Ｘ３を示すグラフである。

信号処理部２ｄは、二次光の強度Ｘ１及び反射光の強度Ｘ２を入力とし、除算することにより新たな電気信号Ｘ３＝Ｘ１／Ｘ２を算出し、制御系に出力する。これにより得られた曲線Ｆ３は、曲線Ｆ１、Ｆ２よりも急峻になる（図２１Ｃ）。したがって、曲線Ｆ３を入力信号として用いて実施例１で説明した調整を行うと、信号の変化が大きいので、ノイズ等の影響を受けずに、堅牢な照射位置の調整が可能となるという効果を奏する。

なお、信号処理部２ｄが行う演算処理は、除算に限定されない。例えば、除算の代わりに減算を行ってもよいし、指数関数や対数関数を用いてもよい。

また、光を斜めから照射する光照射系を有する場合においては、正反射光が装置の外部に出てしまうことや、装置内部で乱反射して内部の部材を損傷することを防ぐため、光路を終端するビームダンパーを設けることが望ましい。本実施例に係る光検出系の構成においては、正反射光の経路上に検出器を設けることで、ビームダンパーを不要とし構成を簡易化するとともに、より明瞭に二次光を検出できるという効果を奏する。

［光学系の変形例］
図２０Ｂは、光学系の変形例を示す構成図である。

光照射系は、図２０Ａと同一であるため、説明を省略する。

本変形例においては、受光素子２ｂは、実施例１で述べたような電子線検出部３ｃを使用する。この場合、光検出系２の分岐部２ａは省略することができ、反射光経路上に直接受光素子２ｃを設置することができる。ただし、基準構造体６ａとして蛍光体や散乱体を用いる場合は、反射光の他に、蛍光や散乱光が受光素子２ｃにも入射する場合があるため、二次光を除去する光学素子２ａ’を介して光線Ｒａｙ１’を検出するようにする。これにより、反射光のみを選択的に検出できるようになるため望ましい。光学素子２ａ’には、カラーフィルタや偏光子を用いることができる。

［基準構造体の変形例］
図２０Ｃは、光学系の変形例を示す構成図である。

本図に示す基準構造体６ａは、光吸収体により構成されている。光線Ｒａｙ１を吸収し、減光した光が反射光Ｒａｙ１’として生じる。

基準構造体６ａは、光線Ｒａｙ１を吸収する材料もしくは構造により構成されている。光線Ｒａｙ１を吸収する材料としては、例えば、アモルファスカーボンやグラファイト等が使用できるが、これらの材料に限定されるわけではない。あるいは、光を反射しない微細構造を用いてもよい。微細構造の例としては、Ｓｉをプラズマエッチングした際などに生じる針状の構造体（ブラックシリコン）を使用することができる。

本変形例においては、二次光Ｒａｙ２を生じない。基準構造体６ａによって減光された反射光Ｒａｙ１’のみを用いて、照射位置を調整することができる。光検出系２は、単一の検出器で構成されている。使用できる検出器の種類は、実施例１で説明したとおりである。

実施例１で説明した方法でミラー角度の位置を変化させると、光照射位置が基準構造体６ａと一致したときに、反射光Ｒａｙ１’の量が減少する。これは、図２１Ｂに示す下に凸の曲線Ｆ２と同様のものである。したがって、制御装置は、曲線Ｆ２の最小値を与えるミラー角度を求めることで、光照射位置を調整することができる。光吸収体は、広範囲の波長の光を吸収することができるため、基準構造体６ａに光吸収体を用いることで、光源が複数の波長の光を発する場合にも調整することができるという効果を奏する。

本実施例では、基準構造体の中心マークの位置を本来の基準構造体の中心座標からずらした調整用試料を用いる点が、実施例１と主に異なる点である。

まず、荷電粒子線装置、特にＳＥＭを例に課題を説明する。

ＳＥＭは、試料ステージを移動しなくても、電子線偏向器を用いることで、数十μｍ以上の範囲においてＳＥＭ観察範囲を移動させるイメージシフト機能を有する。つまり、調整用試料を用いて調整した光照射位置から離れた位置を観察する場合がある。したがって、電子線照射位置の移動に合わせて光照射位置をＸＹ面内の任意の座標に設定する必要がある。

ＸＹ面内の任意の座標に照射位置を設定するためには、所望のＸＹ面内の光照射位置（ｘ，ｙ）からミラーの角度（Ｈ，Ｖ）を与える変換式を得る必要がある。すなわち、ＸＹ空間からＨＶ空間への座標変換式を得る必要がある。

更に具体的には、座標変換式は、次の式（１）及び（２）で表される。

Ｈ＝ＡＨＸ・Ｘ＋ＡＨＹ・Ｙ＋Ｈ０ …（１）
Ｖ＝ＡＶＸ・Ｘ＋ＡＶＹ・Ｙ＋Ｖ０ …（２）
６つの係数（ＡＨＸ、ＡＨＹ、ＡＶＸ、ＡＶＹ、Ｈ０、Ｖ０）により決定される。

なお、本実施例では、変換式を上記式（１）及び（２）のように線形な式で表しているが、変換式はこれに限らない。例えば、光をレンズを通して集光している場合など、ミラー角度に対して照射位置の変化量が湾曲している場合は、高次の項、例えば、２次や３次の項まで考慮して変換式を作ってもよい。高次の項まで考慮した変換式を用いる場合は、レンズによる湾曲も考慮できるため、光学系にレンズを含む場合に湾曲が生じるほど広範囲に照射範囲を調整したい場合などであっても、正確に照射位置を調整できるという効果を奏する。

図２２は、座標変換式を得るために使用する調整用試料の例を示す上面図である。その他の装置構成は、実施例１と同様のため、説明を省略する。

本図に示すように、３つの基準構造体６ｋ１、６ｋ２、６ｋ３を有する調整用試料６を使用する。決定すべき係数が６個あるためである。基準構造体６ｋ１、６ｋ２、６ｋ３はそれぞれ、ＳＥＭ観察により中心を検知するための中心マーク６ｃを有する。調整用試料６や基準構造体６ｋ１、６ｋ２、６ｋ３の構造、寸法等については、実施例１で述べたとおりであるため、説明を省略する。

それぞれの基準構造体６ｋ１、６ｋ２、６ｋ３は、中心マーク６ｃの位置を基準からずらした位置に基準構造体を配置する。例えば、基準構造体６ｋ１は、中心マーク６ｃの位置に対しＱ１（ｄｘ１，ｄｙ１）だけずらした位置にある。同様に、基準構造体６ｋ２、６ｋ３は、中心マーク６ｃを原点としてＱ２（ｄｘ２，ｄｙ２）、Ｑ３（ｄｘ３，ｄｙ３）の位置にそれぞれある。Ｑ１～Ｑ３の座標は、任意に選択してよいが、６個の係数を決定する必要があるため、ベクトルＱ１Ｑ２とベクトルＱ１Ｑ３とは線形独立でなければならない。言い換えると、Ｑ１～Ｑ３をＸＹ面内にプロットしたとき、Ｑ３は、直線Ｑ１－Ｑ２上にあってはならない。

図２３は、座標変換式を得るための調整手順を示すフローチャートである。

まず、ユーザーは、光照射位置調整の条件を設定する（工程Ｓ３０）。設定画面のＧＵＩの例は、図１６Ａと同一でよいので、説明を省略する。

次に、制御装置は、搬送アームなどを使用して調整用試料を試料台に搬送する（工程Ｓ３１）。

次に、制御装置は、光を照射しないでＳＥＭ撮影をする（工程Ｓ３２）。そして、基準構造体６ｋ１の中心マーク位置に試料ステージを移動する（工程Ｓ３３）。制御装置は、ＳＥＭ画像を取得し、パターンマッチングなどのアルゴリズムにより、ＳＥＭ画像の中心に中心マークが来るように試料ステージを移動する。なお、イメージシフト機能を有するＳＥＭの場合は、イメージシフトを原点に移動してから撮像を行う。

次に、制御装置は、実施例１と同様の方法で照射位置を調整する（工程Ｓ３４）。

次に、制御装置は、調整結果（Ｈ１，Ｖ１）を中心マークからのずれＱ１と紐付けて記録する（工程Ｓ３５）。

次に、制御装置は、基準構造体６ｋ２、６ｋ３の位置に試料台を移動し、順次工程Ｓ３２～Ｓ３５を実施する。調整結果（Ｈ２，Ｖ２）、（Ｈ３，Ｖ３）は、Ｑ２、Ｑ３にそれぞれ紐付けて記録する。

次に、制御装置は、変換係数を計算する（工程Ｓ３６）。

制御装置は、調整結果を上記式（１）及び（２）に代入することで、連立方程式を得る。例えば、上記式（１）に代入して得られる連立方程式は、次の式（３）、（４）及び（５）で表される。

Ｈ１＝ＡＨＸ・Ｘ１＋ＡＨＹ・Ｙ１＋Ｈ０ …（３）
Ｈ２＝ＡＨＸ・Ｘ２＋ＡＨＹ・Ｙ２＋Ｈ０ …（４）
Ｈ３＝ＡＨＸ・Ｘ３＋ＡＨＹ・Ｙ３＋Ｈ０ …（５）
自由度が３であるから、この連立方程式（３）、（４）及び（５）は解くことができ、制御装置は、係数ＡＨＸ，ＡＨＹ，Ｈ０を求めることができる。

同様に、制御装置は、上記式（２）に代入して得られる連立方程式を解くことにより、係数ＡＶＸ，ＡＶＹ，Ｖ０を求めることができる。なお、本実施例では、３個の基準構造体を使用する例を説明したが、４個以上の基準構造体を用いて最適な係数を数値的に計算してもよい。より多くの基準構造体を用いることで、より高精度に係数を決定することができるという効果を奏する。

最後に、制御装置は、変換係数、つまり係数ＡＨＸ，ＡＨＹ，Ｈ０，ＡＶＸ，ＡＶＹ，Ｖ０を記憶部５ｅ（図５）に保存する。より好ましくは、実施例２のように試料高さも計測し、試料高さと紐付けて変換係数を保存するとよい。

図２４は、調整結果の表示ＧＵＩの例を示す図である。

調整の条件は、欄８ｍに表示される。調整の条件とは、例えばレーザー出力や、選択した検出器等のことである。各基準構造体６ｋ１、６ｋ２、６ｋ３に対する測定結果は、欄８ｎ’に表示される。変換係数は、欄８ｐに表示される。

求めた係数を用いて、試料上の任意の座標（ｘ，ｙ）に光照射位置を調整する方法を説明する。

上記式（１）及び（２）に（ｘ，ｙ）を代入すると、設定すべきミラー角度Ｈｘｙ、Ｖｘｙは、次の式（６）及び（７）により算出される。

Ｈｘｙ＝ＡＨＸ・ｘ＋ＡＨＹ・ｙ＋Ｈ０ …（６）
Ｖｘｙ＝ＡＶＸ・ｘ＋ＡＶＹ・ｙ＋Ｖ０ …（７）
本実施例のように、中心マーカーを基準として（ｘ，ｙ）だけずれた基準構造体を用いて光照射位置を調整することにより、荷電粒子線の照射位置に対する相対的な光の照射位置を任意に設定できるという効果を奏する。

本実施例では、基準構造体の境界線に対して調整を行う点が、実施例１と主に異なる点である。

図２５および２６を用いて、原理を説明する。

図２５は、本実施例で用いる調整用試料の構造例を示したものである。

本図においては、調整用試料６であるウエハの右半分に半円状の基準構造体６ａが設けられている。基準構造体６ａは、調整用試料の中心を通る境界線Ｂ１を有する。

試料ステージは、電子線照射位置が境界線Ｂ１上となるようにあらかじめ調整する。この状態で光照射位置を境界線Ｂ１上に対して調整すると、電子線照射位置と光照射位置とが同じ境界線Ｂ１上にのるように調整することができる。

なお、境界線は、基準構造体の内部（基準構造体が設けられた領域）と外部（基準構造体が設けられていない領域）との境目に位置する線をいう。例えば、実施例１で説明したように回折光を発する周期構造により基準構造体を構成する場合は、周期構造のある部分が内側であり、周期構造のない部分が外側である。それらの境界を境界線と定義する。なお、境界線は、変形例６で説明するように、異なる種類の基準構造体がある場合は、それらの境界線でもよい。いずれの場合であっても、境界線を交差する前後で検出器に生じる電気信号量が変化すればよい。例えば、発生する二次光の量や波長、角度分布等が変化すればよい。

制御装置は、レーザー照射位置が境界線Ｂ１に交差するような方向に移動する。例えば図２５では、調整軸Ｈを移動させたとき、基準構造体の外側（楕円領域７ａ）から、境界線上（楕円領域７ａ’）を通り、内側（楕円領域７ａ’’）まで移動するように制御する場合を示している。

図２６は、このときの二次光信号量の変化を、ミラー角度の関数としてプロットした図である。横軸に軸Ｈ又は軸Ｖの値、縦軸に二次光の強さをとっている。

照射位置が基準構造体の外側（楕円領域７ａ）にある場合は、二次光が発生しないが、光照射領域が境界線に重なると、二次光信号が検出され始める。二次光量は、基準構造体と光照射領域が重なる領域６ａＬ内から発せられる光の量であるため、光照射領域が境界線上に重なっている間は信号量が単調に増加する。一方、光照射領域が完全に基準構造体内に入ると、二次光量は一定となる。

このように、調整軸が境界線と交差するように移動させると、交点の位置で信号量が大きく変化するので、照射位置が大きくずれている場合でも粗調整を確実に行えるという効果も奏する。

以下では、このような二次光量の変化にもとづいて照射位置を調整するアルゴリズムの一例を説明する。ただし、アルゴリズムは、ここに説明するものに限らない。信号波形を入力として、中心位置を出力するデータ処理方法であれば任意の方法でよく、異なるアルゴリズムの例として変形例４を別途説明する。また、装置には複数のアルゴリズムが搭載されてもよい。最適なアルゴリズムを制御装置が自動で選択するようにしてもよいし、ユーザーが入力してもよい。

本実施例のアルゴリズムの具体的な原理を説明する。

光照射領域の中心が境界線上となる場合（楕円領域７ａ’）は、ちょうど光照射領域の半分が基準構造体と重なるため、発生する二次光量も最大値に対して１／２となる。より具体的には、図２６における最小値をｍ、最大値をＭとしたとき、二次光量は（ｍ＋Ｍ）／２となる。以下、（ｍ＋Ｍ）／２を目標値Ｉｔと表記する。なお、Ｉｔは、厳密に（ｍ＋Ｍ）／２とならなくてもよい。（ｍ＋Ｍ）／２±０．２程度であれば、電子線の照射領域に光を十分照射できる。このように目標値に対する許容値の範囲を設定することで、二次光信号のノイズに対して堅牢になるという効果を奏する。許容値の範囲は、上記の目安を使用してもよいし、高精度な調整が求められる場合は、ユーザーがこれより小さい値を指定するようにしてもよい。また、粗調整を目的に使用する場合は、より大きい許容値の範囲としても問題ない。

この特徴を活用すると、二次光量が目標値Ｉｔになるようなミラー角度に調整することで、照射位置を調整することができる。

なお、境界線Ｂ１は、調整軸Ｈと直角に交差すると、より正確に照射位置を調整することができる。その理由を図２７Ａ及び２７Ｂを用いて説明する。

図２７Ａは、可動軸Ｈと境界線Ｂ１が斜めに交差する場合に生じる照射位置のずれを強調して示した図である。

電子線の照射範囲は６ｎであり、可動軸Ｈの調整後の光照射位置は７ａである。境界線Ｂ１はｙ軸に平行であるものとする。

このとき、境界線Ｂ１を用いて調整できるのは、境界線Ｂ１（ｙ軸）に垂直な方向の位置、すなわちｘ座標のみであり、境界線Ｂ１方向には感度がない。よって、光照射位置（楕円領域７ａ）と電子線照射位置６ｎとは、境界線Ｂ１（ｙ軸）方向にずれた位置となる。しかし、Ｈ軸、Ｖ軸は、ｘ軸、ｙ軸に対して傾いているので、可動軸Ｈと可動軸Ｖの両方がずれた状態で調整が行われる。

図２７Ｂは、境界線Ｂ１が可動軸Ｈと直角に交わるように調整用試料を回転させた場合を示す図である。

このとき、図２７Ａで説明したのと同様に、境界線Ｂ１方向に照射位置はずれているが、境界線Ｂ１に直角な方向（Ｈ軸方向）に対しては正確に調整することができる。具体的な手順は後に説明するが、同様にＨ軸を固定した状態でＶ軸の調整を行うことで、光照射位置を電子線照射位置に対して正確に一致させることも可能である。

以上のように、調整軸と境界線が直角に交差するようにすることで、照射位置を正確に調整できるという効果を奏する。

なお、可動軸Ｈと境界線Ｂ１が直角に交差しない向きである場合は、すでに説明したように調整用試料を回転させて角度を調整することができる。あるいは、ミラーの可動軸が２軸以上ある場合は、それらを連動させることで、光照射位置のスキャン方向自体を調整することもできる。

次に、この原理を応用して二次元面内で照射位置を調整する手順を、図２８、図２９、図３０および図３１を用いて説明する。

図２８は、調整のフローチャートである。

図２９は、本実施例の設定項目を入力するためのＧＵＩの例を示したものである。

図３０は、調整軸Ｖを調整する際の調整用試料の設置方向を示す図である。

図３１は、本実施例の調整結果を表示するためのＧＵＩの例を示したものである。

まず、ユーザーは、調整条件の設定（工程Ｓ４０）を行う。設定項目（８ｅ、８ｆ、８ｇ、８ｈ）は実施例１と共通であるため、説明は省略する。その他の設定項目（８ｑ）の詳細は、以下の該当する箇所で説明する。なお、本実施例では、設定項目８ｈにて、最初の調整軸にＨ軸を選択した例を説明するが、最初にＶ軸の調整を実施し、あとからＨ軸を調整しても同様に調整することができる。

ユーザーがＧＵＩ操作等により調整開始を指示すると、制御装置は調整用試料を試料室に自動搬送し、基準構造体の境界線が調整軸Ｈに対して直角となるような向きに調整用試料を回転させる（工程Ｓ４１）。このとき、調整軸Ｈの角度は、設定項目８ｑにてユーザーが指定する。あるいは、ミラーが装置に固定されていて角度が固定である場合は、この設定項目を省略して固定値を使用してもよい。

続いて、制御装置は、ＳＥＭ画像の中央に境界線Ｂ１が来るようにステージを移動する（工程Ｓ４２）。あるいは、ユーザーが手動でＳＥＭ画像を見ながらステージを移動してもよい。

次に、制御装置は、指定したパワーで光照射を開始し（工程Ｓ４３）、角度Ｈをスキャンしながら二次光量の最大値Ｍと最小値ｍを記録する。あるいは、スキャン範囲の下限と上限の２箇所のみで計測し、大きい方の値を最大値Ｍ、小さい方の値を最小値ｍとして用いてもよい。また、本実施例では、角度Ｈの移動範囲は、設定項目８ｑにてユーザーが指定する例を示しているが、ユーザーの入力を求めず、ミラーの全可動範囲を使用してもよい。

制御装置は、計測した値から（ｍ＋Ｍ）／２を計算して、目標値Ｉｔを設定する。結果は、図３１の欄８ｒ、８ｓ、８ｔに表示される（工程Ｓ４４）。

次に、制御装置は、二次光量が目標値Ｉｔとなるようにミラーの角度Ｈを調整する（工程Ｓ４５）。調整は、目標値と計測値の誤差が指定した値以下になるまでミラー角度の調整を繰り返すことで行うことができる。繰り返しのアルゴリズムとしては、二分法やＮｅｗｔｏｎ法などを用いることができる。

ユーザーは、設定項目８ｑを用いて、処理を終了させる誤差率と最大繰り返し回数を設定することができる。ここで、誤差率Ｅとは、Ｎ回の調整を行ったあとの二次光量をＩＮとしたとき、Ｅ＝｜（ＩＮ－Ｉｔ）／Ｉｔ｜と定義する。

制御装置は、誤差率Ｅが指定した値を下回った場合、調整を終了させる。あるいは、調整の繰り返し回数Ｎがユーザーが指定した値以上となった場合も、調整を終了させる。制御装置は、繰り返し回数が上限値を超えた場合は、以降の手順を省略して異常終了してもよいし、誤差率Ｅが最も低いミラー角度を使用して、調整を続行してもよい。あるいは、ユーザーに調整を続行するか確認するダイアログ画面を表示してもよい。

最終的な調整の繰り返し回数、誤差率、調整後のミラー角度、および二次光量の角度依存性は、グラフ８ｋに表示される。あるいは、結果の全部または一部を画面に表示せずログファイルとして保存してもよい。

次に、制御装置は、図３０に示すように、Ｖ軸に対して境界線が直角になるように調整用試料を回転するとともに、再度ＳＥＭの視野中心が境界線上になるように試料台を移動する（工程Ｓ４６～Ｓ４７）。

最後に、制御装置は、Ｈ軸と同様の手順で二次光量が目標値となるように角度Ｖを調整する（工程Ｓ４８）。なお、目標値Ｉｔは、工程Ｓ４４ですでに算出しているため、Ｖ軸の調整前に目標値を再設定する必要はないが、改めて実施することも可能である。工程Ｓ４７の後に改めて目標値Ｉｔを算出する手順を踏む場合は、二次光量が光の入射方向に依存する場合にも正確に調整が可能であるという効果を奏する。

以上のように、調整用試料を回転させて二方向の境界線に対して順次調整を行うことで、光照射位置が境界線から大きくずれている場合でも確実に粗調整を実施することができる。

なお、本実施例と実施例１の調整を組み合わせることで、より確実かつ正確に調整することも可能である。例えば、実施例１で用いた基準構造体の円の直径より光の照射位置が大きくずれている場合は、実施例１の方法では粗調整ができない場合もある。その場合は、初めに本実施例の方法で大まかに調整を行った後、実施例１の方法に戻って調整することで、確実に粗調整と微調整を行うことができる。

［変形例４］
変形例４は、二次光量の変化率を最大化することで調整するアルゴリズムの変形例である。

図３２Ａ、３２Ｂ及び３２Ｃは、ミラー角度ＨをＨ０からＨ１に変えたときの二次光量の変化率を説明する図である。

図３３は、二次光量の変化率をミラー角度Ｈの関数としてプロットした例を示すグラフである。

まず、ミラー角度がＨ０のとき、発生する二次光量は基準構造体と重なる領域により決まり、その信号量をＩ０とする。同様に、ミラー角度をＨ１に移動したときに発生する二次光量をＩ１とする。

ここで、ミラー角度をＨ０からＨ１に動かしたときの信号増加量Ｉ１－Ｉ０は、図３２Ａと３２Ｂの差分であるから、図３２Ｃの領域６ａＤ内から発せられる二次光量に相当する。実施例１で説明したように、レーザーなどの光源は、中心での照度が最も高いような空間分布を持つので、信号増加量Ｉ１－Ｉ０は、領域６ａＤが照射領域の中心を交差する時に最も大きくなる。

二次光量の変化率をミラー角度の変化量も考慮して、（Ｉ１－Ｉ０）／（Ｈ１－Ｈ０）として定義すると、変化率は、図３３に示すように山なりの関数となる。その最大値は、領域６ａＤが照射位置の中心を通る時にとる。言い換えると、変化率が最大となるような位置にミラーを調整すると、基準構造体の境界線に対してレーザー照射位置を一致させることができる。

このように変化率を最大にするアルゴリズムを用いることで、調整開始時に二次光量の最大と最小を行う手順（工程Ｓ４４）を省略することができるため、調整時間が短縮できるという効果を奏する。

また、目標値と二次光量が一致するように繰り返し調整するアルゴリズムではなく、最大値を求めるアルゴリズムを使用することができることから、勾配法などを用いることにより、少ない繰り返し回数で調整を完了することもできる。

［変形例５］
変形例５では、試料の回転機構を持たない荷電粒子線装置において、調整を行うための基準構造体の構成例を説明する。

図３４Ａおよび図３４Ｂは、本変形例で用いる調整用試料の構造例を示したものである。

本変形例の調整用試料６は、ウエハの１／４が基準構造体６ａで構成されるような構造であり、横方向の境界線ＬＨと縦方向の境界線ＬＶの両方を有する。

本変形例の調整用試料を用いた照射位置調整手順を図２８のフローチャートを使用して説明する。

ユーザーは、まず、条件設定（工程Ｓ４０）を行い、装置に対して調整の開始命令を行う。本変形例では、最初にＨ軸の調整を行うようにユーザーが設定した例を説明する。

制御装置は、境界線ＬＶ上に電子線の照射位置が来るように試料ステージを動かす（工程Ｓ４２）。本変形例では、試料を回転する工程（工程Ｓ４１）が不要である点が大きく異なる。ただし、境界線ＬＶは、ウエハの中央までの長さしかないため、確実に調整を行うためには、電子線の照射位置が境界線ＬＶの中心付近６ｐＨとなるようにステージを調整する必要がある。ステージの移動後、制御装置は、Ｈ軸の調整（工程Ｓ４３～４５）を行う。このときの光照射位置の移動範囲は、例えば位置７ａＨから位置７ａＨ’である。

次に、Ｖ軸の調整を行う。本実施例の基準構造体は横方向の境界線ＬＨも追加で有するため、試料回転の工程Ｓ４６は不要である。ただし、Ｈ軸の調整時と同様、境界線ＬＨは、ウエハの中心までしか長さがないので、電子線の照射位置が境界線の中央付近６ｐＶとなるように試料ステージを調整する（工程Ｓ４７）。最後に、Ｖ軸の調整を行う（工程Ｓ４８）。このときの光照射位置の移動範囲は、例えば位置７ａＶから位置７ａＶ’である。

なお、本変形例で使用できる構造は、このような構造とは限らず、例えば正方形型の基準構造体をウエハの中心に配置してその境界線を使用してもよい。

また、調整機構の配置により、可動軸ＨとＶの方向がｘｙ軸に対して斜めである場合は、図３４Ｂのように境界線ＬＶ、ＬＨが可動軸ＨとＶにそれぞれ直角に交わるような角度で調整用試料を作製すると、より高精度で調整できるのでよい。いずれの場合でも、最低限、非平行な境界線が２本以上あればよい。

このように、調整用試料自体に複数の向きの境界線を有する基準構造体を用いることにより、調整用試料を回転させる手順を省略することができ、調整時間が短縮できるという効果を奏する。また、調整用試料を回転させる機構が不要になることから、装置構成を簡略化することもできる。

さらに、図３４Ａや図３４Ｂで説明したような調整用試料の場合、左下の領域が未使用なので、実施例１で説明したような円形の基準構造体も追加で配置することもできる。このように複数の構造の基準構造体を持つことで、粗調整時は確実に調整ができる粗調整用基準構造体、微調整時はステージの移動回数が少なく、より高速に調整できる微調整用基準構造体を使用する等の使い分けをすることが可能となる。

［変形例６］
変形例６では、異なる２つの基準構造体間の境界線を用いた調整例を説明する。

図３５を用いて試料の構造を説明する。

本図においては、図２５と同様に調整用試料の右半分に基準構造体６ａがあり、ここでは例として青色で発光するＧａＮにより構成されるものとする。本変形例では、これに加えて、赤外で発光するＧａＡｓの基準構造体が左側にある。なお、本変形例ではＧａＮとＧａＡｓの組み合わせを例にしたが、他の蛍光材料の組み合わせでもよい。あるいは、異なる種類の基準構造体を組み合わせてもよく、例えば右側が回折光を生じるような周期構造、左側を蛍光材料としてもよい。いずれの場合も、異なる量の電気信号を発する基準構造体の組み合わせであればよい。

本変形例を用いるときの検出光学系は、実施例４で説明した光学系を使用することができる。試料から発せられた蛍光は、ダイクロイックミラーで分離される。ダイクロイックミラーがロングパス型である場合は、基準構造体６ａから発せられた光は受光素子２ｂで、基準構造体６ｍから発せられた光は受光素子２ｃでそれぞれ受光される。

図３６Ａは、受光素子２ｂから出力される信号波形Ｆ１を、図３６Ｂは、受光素子２ｃから出力される信号波形Ｆ２を、それぞれプロットしたものである。

光照射位置が楕円領域７ａのときは、ＧａＡｓが発光するため、受光素子２ｃでは二次光信号が検出されるが受光素子２ｂでは検出されない。一方、照射位置が楕円領域７ａ’のときは、ＧａＮが発光するため、受光素子２ｂでのみ二次光が検出される。したがって、波形Ｆ１と波形Ｆ２は逆の位置依存性を示す。

図３６Ｃは、実施例４で説明したように、信号処理部２ｄにより出力される信号をプロットしたものである。

信号処理部２ｄは、例えば、受光素子２ｂの出力信号を受光素子２ｃの出力信号で割った値を出力する。このような波形Ｆ３は、実施例４ですでに説明したように、単一の検出器で得られる波形Ｆ１、Ｆ２よりも急峻な特性を示すため、より堅牢な調整が可能になるという効果を奏する。

以下、本開示の望ましい実施形態についてまとめて説明する。

基準構造体は、周期構造を有し、周期構造の周期は、第一の光の波長をλ、第一の光が入射する媒質の屈折率をｎとしたとき、λ／ｎ以上であり、第一の光の照射径よりも小さい。

基準構造体は、第一の光に応じて蛍光を発する材料により構成されている。

基準構造体は、第一の光に応じて散乱光を生じる材料若しくは構造により構成されている。

基準構造体は、反射光が光検出器の方向に出射する傾きに調整された鏡面により構成されている。

基準構造体は、可動機構の可動軸と直角に交わる直線状の境界線をもつ。

基準構造体は、複数の非平行な境界線をもつ。

第一の光の照射位置は、二次元的に調整可能である。

粒子線検出器は、光を検出する機能を有する。

調整用試料は、複数の構造体を有し、隣り合う複数の構造体の距離は、照射位置の可動範囲より大きい。

調整用試料は、異なる大きさの構造体を有し、構造体の大きい順に可動機構の調整をする。

荷電粒子線装置は、試料の高さを計測する高さセンサーを更に備え、調整用試料は、異なる高さの部分を有し、可動機構の調整により、試料の高さにおける第一の光の照射位置を校正する。

周期構造は、二次元的である。

光検出器により検出される第二の光の強度が最大となるように可動機構の調整をする。

光検出器により検出される第二の光の強度が最大値に対して１／２となるように可動機構の調整をする。

光検出器により検出される第二の光の強度の変化率が最大となるように可動機構の調整をする。

第二の光は、反射光及び二次光を含み、反射光及び二次光に由来する電気信号を用いて、可動機構の調整をする。

調整用試料は、荷電粒子線を照射して得られる画像により中心を検知するためのマーカーを有し、調整用試料の基準構造体の中心は、マーカーの中心からずれた位置に配置され、基準構造体を用いて可動機構の調整をする。

第一の光は、荷電粒子線とは異なる方向から試料に照射される。これにより、荷電粒子線の照射経路を妨害することなく試料に光を照射することができ、かつ、光を荷電粒子線と平行にするためのレンズやプリズム等の部品が不要となる。

制御装置は、第一の光の照射位置が基準構造体の境界線を通過するように移動させる。

基準構造体は、直線状の境界線を有し、直線状の境界線は、可動機構による第一の光の照射位置の移動方向と直角である。

基準構造体は、非平行な複数の境界線を有する。

制御装置は、第一の光の照射位置が基準構造体の境界線を通過したときの信号量の最大値をＭ、信号量の最小値をｍとしたとき、信号量が（Ｍ＋ｍ）／２となるような位置に可動機構を調整する。

制御装置は、第一の光の照射位置が基準構造体の境界線を通過したときの信号量の変化率が最大となる位置に可動機構を調整する。

制御装置は、第一の光の照射位置が基準構造体の境界線を通過するように移動させる。

なお、本開示は、上記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、上記した実施例は、本開示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および変形例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例および変形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。

１：光照射系、１ａ：光源、１ｂ：光照射位置調整部、１ｃ：光学素子、１ｄ：可動ステージ、２：光検出系、３：電子光学系、４：試料ステージ系、５：制御系、６：調整用試料、６ａ：基準構造体、７ａ：楕円領域、７ｂ：照射位置の可動範囲、９：試料。

Claims (29)

1. 試料に荷電粒子線を照射する粒子線源と、
   前記試料からの粒子線を検出し粒子線電気信号を生じる粒子線検出器と、
   前記試料に照射する第一の光を発生する光源と、
   前記第一の光の照射位置を移動することができる可動機構と、
   前記第一の光の照射により前記試料から発せられた第二の光を検出し光電気信号を生じる光検出器と、
   前記試料を設置し移動することができる構成を有する試料ステージと、
   制御装置と、を備えた荷電粒子線装置において前記第一の光の前記照射位置を調整する方法であって、
   前記光源が、前記試料ステージに設置された調整用試料であって基準構造体を含むものに前記第一の光を照射し、
   前記光検出器が、前記基準構造体により前記第一の光が変調されたことにより発生した前記第二の光を検出し前記光電気信号を前記制御装置に送り、
   前記制御装置が、前記第二の光の強度に基いて前記基準構造体を通過するように前記第一の光の前記照射位置を変更する指令を発し、前記光電気信号の変化に基いて、前記荷電粒子線の照射位置と前記第一の光の前記照射位置とが一致するように前記可動機構の調整をし、
   前記基準構造体は、周期構造を有し、
   前記周期構造の周期は、前記第一の光の波長をλ、前記第一の光が入射する媒質の屈折率をｎとしたとき、λ／ｎ以上であり、前記第一の光の照射径よりも小さい、光照射位置の調整方法。
2. 試料に荷電粒子線を照射する粒子線源と、
   前記試料からの粒子線を検出し粒子線電気信号を生じる粒子線検出器と、
   前記試料に照射する第一の光を発生する光源と、
   前記第一の光の照射位置を移動することができる可動機構と、
   前記第一の光の照射により前記試料から発せられた第二の光を検出し光電気信号を生じる光検出器と、
   前記試料を設置し移動することができる構成を有する試料ステージと、
   制御装置と、を備えた荷電粒子線装置において前記第一の光の前記照射位置を調整する方法であって、
   前記光源が、前記試料ステージに設置された調整用試料であって基準構造体を含むものに前記第一の光を照射し、
   前記光検出器が、前記基準構造体により前記第一の光が変調されたことにより発生した前記第二の光を検出し前記光電気信号を前記制御装置に送り、
   前記制御装置が、前記第二の光の強度に基いて前記基準構造体を通過するように前記第一の光の前記照射位置を変更する指令を発し、前記光電気信号の変化に基いて、前記荷電粒子線の照射位置と前記第一の光の前記照射位置とが一致するように前記可動機構の調整をし、
   前記基準構造体は、前記第一の光に応じて蛍光を発する材料により構成されている、光照射位置の調整方法。
3. 前記基準構造体は、前記第一の光に応じて散乱光を生じる材料若しくは構造により構成されている、請求項１又は２に記載の調整方法。
4. 前記基準構造体は、反射光が前記光検出器の方向に出射する傾きに調整された鏡面により構成されている、請求項１又は２に記載の調整方法。
5. 前記第一の光の前記照射位置は、二次元的に調整可能である、請求項１又は２に記載の調整方法。
6. 前記粒子線検出器は、光を検出する機能を有する、請求項１又は２に記載の調整方法。
7. 前記調整用試料は、複数の構造体を有し、
   隣り合う前記複数の構造体の距離は、前記照射位置の可動範囲より大きい、請求項１又は２に記載の調整方法。
8. 前記調整用試料は、異なる大きさの構造体を有し、
   前記構造体の大きい順に前記可動機構の前記調整をする、請求項１又は２に記載の調整方法。
9. 前記荷電粒子線装置は、前記試料の高さを計測する高さセンサーを更に備え、
   前記調整用試料は、異なる高さの部分を有し、
   前記可動機構の前記調整により、前記試料の前記高さにおける前記第一の光の前記照射位置を校正する、請求項１又は２に記載の調整方法。
10. 前記周期構造は、二次元的である、請求項１に記載の調整方法。
11. 前記光検出器により検出される前記第二の光の前記強度が最大となるように前記可動機構の前記調整をする、請求項１又は２に記載の調整方法。
12. 前記第二の光は、反射光及び二次光を含み、
    前記反射光及び前記二次光に由来する電気信号を用いて、前記可動機構の前記調整をする、請求項１又は２に記載の調整方法。
13. 前記調整用試料は、前記荷電粒子線を照射して得られる画像により中心を検知するためのマーカーを有し、
    前記調整用試料の前記基準構造体の中心は、前記マーカーの中心からずれた位置に配置され、
    前記基準構造体を用いて前記可動機構の調整をする、請求項１又は２に記載の調整方法。
14. 前記第一の光は、前記荷電粒子線とは異なる方向から前記試料に照射される、請求項１又は２に記載の調整方法。
15. 試料に荷電粒子線を照射する粒子線源と、
    前記試料からの粒子線を検出し粒子線電気信号を生じる粒子線検出器と、
    前記試料に照射する第一の光を発生する光源と、
    前記第一の光の照射位置を移動することができる可動機構と、
    前記第一の光の照射により前記試料から発せられた第二の光を検出し光電気信号を生じる光検出器と、
    前記試料を設置し移動することができる構成を有する試料ステージと、
    制御装置と、を備えた荷電粒子線装置であって、
    前記光源は、前記試料ステージに設置された調整用試料であって基準構造体を含むものに前記第一の光を照射し、
    前記光検出器は、前記基準構造体により前記第一の光が変調されたことにより発生した前記第二の光を検出し前記光電気信号を前記制御装置に送り、
    前記制御装置は、前記第二の光の強度に基いて前記基準構造体を通過するように前記第一の光の前記照射位置を変更する指令を発し、前記光電気信号の変化に基いて、前記荷電粒子線の照射位置と前記第一の光の前記照射位置とが一致するように前記可動機構の調整をし、
    前記基準構造体は、周期構造を有し、
    前記周期構造の周期は、前記第一の光の波長をλ、前記第一の光が入射する媒質の屈折率をｎとしたとき、λ／ｎ以上であり、前記第一の光の照射径よりも小さい、荷電粒子線装置。
16. 前記第一の光は、前記荷電粒子線とは異なる方向から前記試料に照射されるように構成されている、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
17. 前記第一の光の前記照射位置は、二次元的に調整可能である、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
18. 前記粒子線検出器は、光を検出する機能を有する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
19. 前記試料の高さを計測する高さセンサーを更に備え、
    前記調整用試料は、異なる高さの部分を有し、
    前記可動機構の前記調整により、前記試料の前記高さにおける前記第一の光の前記照射位置を校正する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
20. 前記光検出器により検出される前記第二の光の前記強度が最大となるように前記可動機構の前記調整をする、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
21. 前記第二の光は、反射光及び二次光を含み、
    前記反射光及び前記二次光に由来する電気信号を用いて、前記可動機構の前記調整をする、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
22. 前記制御装置は、前記第一の光の前記照射位置が、前記基準構造体が設けられている領域とそれ以外の領域との境界線を通過するように移動させる、請求項１又は２に記載の調整方法。
23. 前記境界線は、直線状であり、前記可動機構による前記第一の光の前記照射位置の移動方向と直角に交わる、請求項２２に記載の調整方法。
24. 前記境界線は、複数設けられ、互いに非平行である、請求項２２に記載の調整方法。
25. 前記制御装置は、前記第一の光の前記照射位置が前記境界線を通過したときの信号量の最大値をＭ、前記信号量の最小値をｍとしたとき、前記信号量が（Ｍ＋ｍ）／２となるような位置に前記可動機構を調整する、請求項２２に記載の調整方法。
26. 前記制御装置は、前記第一の光の前記照射位置が前記境界線を通過したときの信号量の変化率が最大となる位置に前記可動機構を調整する、請求項２２に記載の調整方法。
27. 前記制御装置は、前記第一の光の前記照射位置が、前記基準構造体が設けられている領域とそれ以外の領域との境界線を通過するように移動させる、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
28. 前記制御装置は、前記第一の光の前記照射位置が、前記基準構造体が設けられている領域とそれ以外の領域との境界線を通過したときの信号量の最大値をＭ、前記信号量の最小値をｍとしたとき、前記信号量が（Ｍ＋ｍ）／２となるような位置に前記可動機構を調整する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。
29. 前記制御装置は、前記第一の光の前記照射位置が、前記基準構造体が設けられている領域とそれ以外の領域との境界線を通過したときの信号量の変化率が最大となる位置に前記可動機構を調整する、請求項１５に記載の荷電粒子線装置。