JPH0765773A - 電子ビーム装置及びビーム調整方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は電子ビーム装置に関し、位置合わせ
系機器の手動調整処理を極力低減し、その自動調整化を
図ること、及び、ラインプロファイルの自動取得化を図
ることを目的とする。 【構成】 電子銃１１，偏向手段１２，位置調整手段１
３，二次電子検出手段１４及び制御手段１６を具備し、
被照射対象１９に電子ビーム11ａが照射されると、その
電子ビーム11ａが偏向制御データＤｘ，Ｄｙに基づいて
走査される。これにより、被照射対象１９からの二次電
子11ｂが検出され、その信号処理により二次元画像ＳEM
が得られる。これに基づいて制御手段１６が位置調整デ
ータＤＸ，ＤＹを算出し、この位置調整データＤＸ，Ｄ
Ｙが位置調整手段１３に出力され、電子ビーム11ａが自
動位置調整されることを含み構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】〔目 次〕 産業上の利用分野 従来の技術（図13, 図14） 発明が解決しようとする課題 課題を解決するための手段（図１，図２） 作用 （１）第１の実施例の説明（図３〜図６） （２）第２の実施例の説明（図７〜図９） （３）第３の実施例の説明（図10〜図12） 発明の効果

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム装置及びビ
ーム調整方法に関するものであり、さらに詳しく言え
ば、被照射対象の二次元画像を取得する走査型電子顕微
鏡や、電圧を測定する電子ビームテスタ等のビーム制御
機能の改善に関するものである。近年、半導体集積回路
（以下ＬＳＩという）装置の製造工程において、走査型
電子顕微鏡や電子ビームテスタが使用されている。これ
ら装置では、対物レンズ，エネルギー分析器等の電子光
学系の光軸に電子ビームを正確に位置合わせをする必要
がある。また、測定点に正確に電子ビームを位置合わせ
する必要がある。

【０００３】これによれば、被照射対象の二次元画像
（以下ＳＥＭ〔Ｓcanning ＥlectronＭicroscope 〕像
ともいう）を良好に取得する場合や、電圧測定時の分析
器の電圧シフト調整をする場合に、測定者はシフトコイ
ル及び対物レンズ等の位置合わせ系機器を頻繁に調整し
ている。しかし、対物レンズのアライメント調整や分析
器の電圧シフト調整には、多くの時間を要したり、熟練
者に依存した調整が強いられる。

【０００４】そこで、手動調整処理を極力低減し、位置
合わせ系機器の自動調整化を図ること、及び、ラインプ
ロファイルの自動取得化を図ることができる装置及び位
置決め方法が望まれている。

【０００５】

【従来の技術】図13，図14は、従来例に係る説明図であ
る。図13は、従来例に係る電子ビーム装置の構成図であ
り、図14（Ａ），（Ｂ）は、その問題点を説明するシフ
ト状態図及び測定位置の指定状態図をそれぞれ示してい
る。例えば、被照射対象１９の電圧を測定する電子ビー
ムテスタは、図13において、電子銃１，偏向器２，位置
合わせ系機器３，二次電子検出器４，画像メモリ５，制
御装置６，エネルギー分析器７及び画像表示装置８等か
ら成る。制御装置６には手動調整器９が設けられる。手
動調整器９はシフトコイル及び対物レンズ等の位置合わ
せ系機器３を調整するものである。

【０００６】当該テスタの機能は、まず、電子ビーム１
ａが電子銃１から被照射対象１９に照射されると、それ
が偏向制御データＤｘ，Ｄｙに基づいて偏向器２により
走査される。これにより、被照射対象１９からの二次電
子１ｂが二次電子検出器４により検出され、それを信号
処理したデータが画像メモリ５に記憶される。これに基
づいてＳＥＭ像が画像表示装置８に表示される。なお、
ＳＥＭ像の調整を行う場合には、位置合わせ系機器３が
ユーザにより手動調整器９を介して調整され、電子ビー
ム１ａが制御される。

【０００７】次に、測定者は被照射対象１９の被測定点
に電子ビーム１ａを偏向するべく、ＳＥＭ像上で測定し
たい配線パターンと測定位置とを指定する。ここで、被
測定点に電子ビーム１ａが偏向され、当該被測定点にお
けるＸ，Ｙ方向のラインプロファイルが作成される。ラ
インプロファイルは配線パターンに直交して電子ビーム
１ａを走査し、この際の二次電子１ｂの量をプロットす
ることにより得られる。測定位置はラインプロファイル
のピーク値に基づいて修正する。ここで、先に指定した
位置が的確であれば、電子ビーム１ａが配線パターンの
中央に位置合わせされる。それが的確でない場合には、
左右のいずれかに電子ビーム１ａが位置ずれする。この
ような場合、ラインプロファイル上で測定位置を指定し
直する。これにより、被測定点が修正され、その後、被
照射対象１９の電圧が測定される。

【０００８】この電圧測定時に、エネルギー分析器７の
電圧シフト調整が生じた場合にも、位置合わせ系機器３
がユーザにより手動調整器９を介して調整され、電子ビ
ーム１ａが制御される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、従来例によ
れば、ＳＥＭ像を良好に取得する場合や、分析器７の電
圧シフト調整する場合に、シフトコイル及び対物レンズ
等の位置合わせ系機器３を調整しなくてはならい。これ
は、対物レンズのアライメント励磁電流や分析電圧値に
よって、ＳＥＭ像がシフトするためである。これを調整
するには、例えば、フォーカスウォブラ（焦点調整）を
実行し、ＳＥＭ像を観察しながら、その画像がＸ，Ｙ方
向にシフトしないように、可動式の対物レンズ絞り，又
は対物レンズのアライメント励磁電流を手動調整器９を
介して調節する。

【００１０】一般に、電子ビーム１ａは電子銃1 を出射
してから被照射対象１９に到達する間に回転をする。こ
のため、ＳＥＭ像も回転する。これを防止すべく、偏向
制御データＤｘ，Ｄｙの回転量が調整される。これによ
り、正しい向きの画像が得られる。しかし、フォーカス
ウォブラを実行すると、対物レンズのＸ方向のみのアラ
イメント調整を実行したにも関わらず、ＳＥＭ像がＹ方
向にもシフトしてしまう。また、そのＹ方向のアライメ
ント調整を実行したにも関わらず、ＳＥＭ像がＸ方向に
シフトしてしまう。

【００１１】また、従来例によれば、被照射対象１９上
の被測定点に電子ビーム１ａを位置合わせする場合、Ｓ
ＥＭ像上で測定したい配線と位置とが指定され、その点
のＸ，Ｙ方向のラインプロファイルが作成される。この
際に、ユーザは配線のＸ方向又はＹ方向のどちらを選択
すれば適正な配線のプロファイルが得られるか否かをＳ
ＥＭ像上で判断する必要がある。また、ユーザは測定点
を指定する毎に、そのラインプロファイルが的確である
か否かを判断しなくてはならい。また、ラインプロファ
イルが平坦な場合，つまり、位置決めに適さないライン
プロファイルについても、ユーザはそれを確認しなくて
ならい。

【００１２】これにより、対物レンズのアライメント調
整や分析器７の電圧シフト調整に多くの時間を要した
り、熟練者に依存した調整を強いられ、当該装置の操作
性に劣るという問題がある。本発明は、かかる従来例の
問題点に鑑み創作されたものであり、手動調整処理を極
力低減し、位置合わせ系機器の自動調整化を図ること、
及び、ラインプロファイルの自動取得化を図ることが可
能となる電子ビーム装置及びビーム調整方法の提供を目
的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】図１は、本発明に係る電
子ビーム装置の原理図であり、図２（Ａ）〜（Ｃ）は本
発明に係るビーム調整方法の原理図をそれぞれ示してい
る。本発明の電子ビーム装置は、図１に示すように、被
照射対象１９に電子ビーム11ａを照射する電子銃１１
と、前記電子ビーム11ａを偏向制御データＤｘ，Ｄｙに
基づいて走査する偏向手段１２と、前記電子ビーム11ａ
の位置合わせをする位置調整手段１３と、前記被照射対
象１９からの二次電子11ｂを検出する二次電子検出手段
１４と、前記電子銃１１，偏向手段１２，位置調整手段
１３及び二次電子検出手段１４の入出力を制御する制御
手段１６とを具備し、前記制御手段１６が、二次電子11
ｂの信号処理により得られる二次元画像〔ＳＥＭ像〕に
基づいて位置調整データＤＸ，ＤＹを求め、前記位置調
整データＤＸ，ＤＹを位置調整手段１３に出力すること
を特徴とする。

【００１４】なお、本発明の電子ビーム装置において、
前記電子ビーム11ａの制御に係る各種データＤｘ，Ｄ
ｙ，ＤＸ，ＤＹ，Δｘ，Δｙ…を記憶する記憶手段１５
と、前記二次電子11ｂの分析電圧を設定する分析手段１
７と、前記二次元画像を表示する表示手段１８が設けら
れることを特徴とする。また、本発明の第１のビーム調
整方法は、図２（Ａ）の処理フローチャートに示すよう
に、まず、ステップＰ１で偏向制御データＤｘ，Ｄｙに
基づいて被照射対象１９に電子ビーム11ａの偏向処理を
し、次にステップＰ２で前記被照射対象１９からの二次
電子11ｂに基づいて二次元画像の取得処理をし、その
後、ステップＰ３で前記被照射対象１９の二次元画像に
基づいて前記電子ビーム11ａの位置調整処理をすること
を特徴とする。

【００１５】なお、本発明の第１のビーム調整方法にお
いて、前記電子ビーム11ａの位置調整処理の際に、ステ
ップP3Ａで前記電子ビーム11ａの回転量を零にした偏向
制御データＤｘ，Ｄｙと、前記電子ビーム11ａのビーム
調整データＤを一定量±Δｄだけ変位させた位置変位調
整データＤ±Δｄに基づいて２つの二次元画像を取得
し、前記２つの二次元画像のパターンマチング処理に基
づいてシフト量Δｘ，Δｙを算出し、図２（Ｂ）に示す
ように前記シフト量Δｘ，Δｙの最小値を求めることを
特徴とする。

【００１６】また、本発明の第２のビーム調整方法は、
図２（Ａ）の処理フローチャートに示すように、前記電
子ビーム11ａの位置調整処理の際に、ステップP3Ｂで前
記二次元画像上で電子ビーム11ａの位置を指定し、前記
指定された位置に相当する被照射対象１９の実際位置で
電子ビーム11ａの偏向処理をし、前記被照射対象１９か
らの二次電子11ｂの検出処理をし、前記二次電子11ｂに
基づいてラインプロファイルの取得処理をし、前記ライ
ンプロファイルを横切る閾値レベルの中間値を求めるこ
とを特徴とし、上記目的を達成する。

【００１７】

【作用】本発明の電子ビーム装置は図１に示すように制
御手段１６が設けられ、それが二次電子11ｂの信号処理
により得られる二次元画像（以下単にＳＥＭ像という）
に基づいて位置調整データＤＸ，ＤＹを求め、それを位
置調整手段１３に出力する。

【００１８】このため、ＳＥＭ像を良好に取得する場合
や、分析手段１７の電圧シフト調整を行う場合、又は、
被照射対象１９の特定位置に電子ビーム11ａを位置合わ
せする場合に、位置調整手段１３の自動調整を行うこと
が可能となる。すなわち、電子銃１１から被照射対象１
９に電子ビーム11ａが照射されると、偏向制御データＤ
ｘ，Ｄｙに基づいて電子ビーム11ａが偏向手段１２によ
り走査される。また、被照射対象１９からの二次電子11
ｂが二次電子検出手段１４に検出され、これに基づいて
被照射対象１９のＳＥＭ像が表示手段１８に表示され
る。

【００１９】ここで、当該装置にＳＥＭ像を良好に取得
する要求や分析手段１７の電圧シフト調整を行う要求が
割り込まれると、電子ビーム11ａの回転量を零にした偏
向制御データＤｘ，Ｄｙが制御手段１６から偏向手段１
２に出力される。これにより、回転していない状態のＳ
ＥＭ像に基づいて位置調整データＤＸ，ＤＹのシフト量
Δｘ，Δｙが算出され、それに基づいて位置調整データ
ＤＸ，ＤＹが設定され、それが制御手段１６から位置調
整手段１３に出力される。

【００２０】また、被照射対象１９の特定位置に、電子
ビーム11ａの位置合わせをする要求が割り込まれると、
ＳＥＭ像上に指定された位置に相当する被照射対象１９
の実際位置を中心に電子ビーム11ａが偏向処理され、こ
の位置のラインプロファイルが自動取得処理される。さ
らに、本発明の第１のビーム調整方法によれば、図２
（Ａ）の処理フローチャートに示すように、ステップＰ
３で被照射対象１９のＳＥＭ像と、電子ビーム11ａの回
転量を零にした偏向制御データＤｘ，Ｄｙとに基づいて
電子ビーム11ａの位置調整処理をしている。

【００２１】このため、ＳＥＭ像が回転していない状態
で、正確な位置調整データＤＸ，ＤＹを容易に求めるこ
とが可能となる。例えば、電子ビーム11ａの回転量を含
んだ偏向制御データＤｘ，Ｄｙを予め記憶して置く。次
に、ステップP3Ａで電子ビーム11ａの回転量を零にした
偏向制御データＤｘ，Ｄｙと、電子ビーム11ａのビーム
調整データＤを一定量±Δｄだけ変位させたビーム変位
調整データＤ±Δｄに基づく２つのＳＥＭ像が取得され
る。その後、２つのＳＥＭ像がパターンマチング処理さ
れ、位置調整データＤＸ，ＤＹのシフト量Δｘ，Δｙが
算出され、その最小値が求められる。

【００２２】これにより、回転量を零にした偏向制御デ
ータＤｘ，Ｄｙを、回転量を含んだ偏向制御データＤ
ｘ，Ｄｙに戻すと、ＳＥＭ像も元通りに回転する。ま
た、本発明の第２のビーム調整方法によれば、図２
（Ａ）の処理フローチャートにおいて、電子ビーム11ａ
の位置調整処理の際に、ステップP3ＢでＳＥＭ像上で電
子ビーム11ａの位置が指定されると、それに相当する被
照射対象１９の実際位置で電子ビーム11ａが偏向処理さ
れる。また、その位置のラインプロファイルが自動取得
処理され、そのラインプロファイルを横切る閾値レベル
の中間値が求められる。

【００２３】このため、被照射対象１９の特定位置に電
子ビーム11ａを位置合わせする場合に、その自動位置決
め処理を高速に行うことが可能となる。また、被照射対
象１９のＸ方向又はＹ方向のどちらを選択すれば適正な
プロファイルが得られるか否かが自動判断される。ま
た、測定点を指定する毎に、そのラインプロファイルが
的確であるか否かが自動判断される。

【００２４】これにより、ラインプロファイルが平坦な
場合，つまり、位置決め処理に適さないラインプロファ
イルは無効にされる。

【００２５】

【実施例】次に図を参照しながら本発明の実施例につい
て説明をする。図３〜12は、本発明の実施例に係る電子
ビーム装置及びビーム調整方法を説明する図である。 （１）第１の実施例の説明 図３は、本発明の各実施例に係る電子ビーム装置の構成
図を示している。例えば、被照射対象１９のＳＥＭ像の
取得と、その電圧測定とが可能な電子ビーム装置は、図
３において、鏡筒２１内に電子銃１１，電磁偏向器２
２，シフトコイル23Ａ，対物レンズ23Ｂ，二次電子検出
器２４及びその他の偏向系２９が設けられ、その外側に
制御装置２６やディスプレイ２８等が接続されて成る。

【００２６】電子銃１１は被照射対象１９に電子ビーム
11ａを照射するものである。例えば、電子銃１１はタン
グステンヘアピンフィラメントやランタンヘキサボライ
ド（ＬａＢ₆ ）フィラメント等から成る。電磁偏向器２
２は偏向手段１２の一例であり、電子ビーム11ａを偏向
制御データＤｘ，Ｄｙに基づいて走査するものである。
例えば、電磁偏向器２２はＤ／Ａ変換器３０に接続さ
れ、偏向制御データＤｘ，ＤｙをＤ／Ａ変換した偏向電
流ｉｘ，ｉｙが供給される。偏向電流ｉｘ，ｉｙは電子
ビーム11ａの回転量を含んでいる。

【００２７】シフトコイル23Ａ及び対物レンズ23Ｂは位
置調整手段１３の一例である。シフトコイル23Ａは仮想
的に電子銃１１の位置を変える機能を有している。な
お、電子ビーム11ａを光軸に位置合わせをするティルト
コイルと機能が異なる。シフトコイル23ＡはＤ／Ａ変換
器３１に接続され、位置調整データＤＸ，ＤＹをＤ／Ａ
変換した励磁電流ｉＸ，ｉＹが供給される。対物レンズ
23Ｂは電子ビーム11ａの焦点位置合わせをするコイルで
あり、Ｄ／Ａ変換器３３に接続され、焦点調整データＤ
ＦをＤ／Ａ変換した励磁電流ｉｆが供給される。焦点調
整データＤＦはビーム調整データＤの一例である。

【００２８】二次電子検出器２４は二次電子検出手段１
４の一例であり、被照射対象１９からの二次電子11ｂを
検出するものである。二次電子検出器２４はＡ／Ｄ変換
器３２に接続され、二次電子検出電流ｉｅをＡ／Ｄ変換
した二次電子画像データＤｅを制御装置２６に出力す
る。制御装置２６は記憶手段１５及び制御手段１６の一
例を構成するものであり、電子銃１１，電磁偏向器２
２，シフトコイル23Ａ，対物レンズ23Ｂ，二次電子検出
器２４及びその他の偏向系２９の入出力を制御する。例
えば、制御装置２６は、内部バス26Ｃに接続されたＣＰ
Ｕ（中央演算処理装置）26Ａ，３つのＥＰＲＯＭ〔消
去，プログラム可能な読出し専用メモリ〕25Ａ〜25Ｃ，
ＲＡＭ〔随時書込み／読出し可能なメモリ〕25Ｄ及びＩ
／Ｏポート部26Ｂから成る。

【００２９】ＣＰＵ26Ａ及びＩ／Ｏポート部26Ｂは制御
手段１６の一例であり、３つのＥＰＲＯＭ25Ａ〜25Ｃ及
びＲＡＭ25Ｄは記憶手段１５の一例である。ＥＰＲＯＭ
25Ａには、本発明の第１の実施例の対物レンズ23Ｂのア
ライメント調整に係る制御プログラムが格納される。そ
の処理フローチャートについては図４〜６において詳述
する。

【００３０】ＥＰＲＯＭ25Ｂには、本発明の第２の実施
例のエネルギー分析器２７の電圧シフト調整に係る制御
プログラムが格納される。その処理フローチャートにつ
いては図７〜９において詳述する。ＥＰＲＯＭ25Ｃに
は、本発明の第３の実施例の電子ビームの位置決めに係
る制御プログラムが格納される。その処理フローチャー
トについては図10〜12において詳述する。

【００３１】ＲＡＭ24Ｄは電子ビーム11ａの制御に係る
各種データＤｘ，Ｄｙ，ＤＸ，ＤＹ，Δｘ，Δｙ…を記
憶するものである。例えば、ＳＥＭ像の表示に係る二次
電子画像データＤｅを記憶する。Ｉ／Ｏポート部26Ｂは
Ｄ／Ａ変換器３０，３１，３３，３４及びＡ／Ｄ変換器
３２にそれぞれ接続され、偏向制御データＤｘ，Ｄｙ，
位置調整データＤＸ，ＤＹ，焦点調整データＤＦ及び二
次電子画像データＤｅ等の入出力をする。

【００３２】ＣＰＵ26Ａは、二次電子11ｂの信号処理に
より得られるＳＥＭ像に基づいて位置調整データＤＸ，
ＤＹ，焦点調整データＤＦ等を算出し、それをシフトコ
イル23Ａ，対物レンズ23Ｂに出力制御する。エネルギー
分析器２７は分析手段１７の一例であり、二次電子11ｂ
の分析電圧を設定するものである。例えば、分析器２７
はＤ／Ａ変換器３４に接続され、分析電圧設定データＶ
ＥをＤ／Ａ変換した分析電圧ｖｅが供給される。分析電
圧設定データＶＥはビーム調整データＤの一例である。

【００３３】ディスプレイ２８は表示手段１８の一例で
あり、ＳＥＭ像を表示するものである。なお、本発明の
実施例では画像上にカーソル線が重畳して表示される。
このカーソル線が電子ビーム11ａの照射位置に反映され
る。その他の偏向系２９は各種アパーチャや静電偏向器
等である。このようにして、本発明の各実施例に係る電
子ビーム装置によれば、図３に示すように制御装置２６
が設けられ、そのＣＰＵ26Ａが二次電子11ｂの信号処理
により得られるＳＥＭ像に基づいて位置調整データＤ
Ｘ，ＤＹ，焦点調整データＤＦ等を算出し、それをシフ
トコイル23Ａ，対物レンズ23Ｂに出力する。

【００３４】このため、ＳＥＭ像を良好に取得する場
合、エネルギー分析器２７の電圧シフト調整を行う場合
や、被照射対象１９の特定位置に電子ビーム11ａを位置
合わせする場合に、シフトコイル23Ａ，対物レンズ23Ｂ
の自動調整を行うことが可能となる。すなわち、電子銃
１１から被照射対象１９に電子ビーム11ａが照射される
と、偏向制御データＤｘ，Ｄｙに基づいて電子ビーム11
ａが電磁偏向器２２により走査される。また、被照射対
象１９からの二次電子11ｂが二次電子検出器２４に検出
され、これに基づいて被照射対象１９のＳＥＭ像が表示
手段１８に表示される。

【００３５】ここで、当該装置にＳＥＭ像を良好に取得
する要求やエネルギー分析器２７の電圧シフト調整を行
う要求が割り込まれると、電子ビーム11ａの回転量を零
にした偏向制御データＤｘ，Ｄｙが制御装置２６から電
磁偏向器２２に出力される。これにより、回転していな
い状態のＳＥＭ像に基づいて位置調整データＤＸ，ＤＹ
のシフト量Δｘ，Δｙが算出され、それに基づいて位置
調整データＤＸ，ＤＹ，焦点調整データＤＦが設定さ
れ、それが制御装置２６からシフトコイル23Ａ，対物レ
ンズ23Ｂに出力される。

【００３６】また、被照射対象１９の特定位置に、電子
ビーム11ａの位置合わせをする要求が割り込まれると、
ＳＥＭ像上に指定された位置に相当する被照射対象１９
の実際位置を中心に電子ビーム11ａが偏向処理され、こ
の位置のラインプロファイルが自動取得処理される。こ
れにより、位置合わせ系機器の自動調整化を図ること、
及び、ラインプロファイルの自動取得化を図ることが可
能となり、手動調整処理が極力低減する。

【００３７】次に、本発明の第１の実施例に係る電子ビ
ーム装置のビーム調整方法について、当該装置の動作を
補足しながら説明をする。図４，図５は、本発明の第１
の実施例に係る対物レンズのアライメント調整の処理フ
ローチャート（その１，２）であり、図６（Ａ）〜
（Ｄ）は、そのＳＥＭ像の補足説明図をそれぞれ示して
いる。

【００３８】図４において、まず、ステップＰ１で偏向
制御データＤｘ，Ｄｙに基づいて被照射対象１９に電子
ビーム11ａの偏向処理をする。この際に、電子銃１１か
ら被照射対象１９に電子ビーム11ａが照射され、電磁偏
向器２２により、電子ビーム11ａが偏向制御データＤ
ｘ，Ｄｙに基づいて走査される。具体的には、偏向制御
データＤｘ，ＤｙがＤ／Ａ変換器３０によりＤ／Ａ変換
され、その偏向電流ｉｘ，ｉｙが電磁偏向器２２に供給
される。なお、偏向電流ｉｘ，ｉｙには、電子ビーム11
ａの回転量が含まれている。

【００３９】次に、ステップＰ２で被照射対象１９から
の二次電子11ｂに基づいてＳＥＭ像（以下単に画像とい
う）ＳＥＭ１の取得処理をする。この際に、被照射対象
１９からの二次電子11ｂが二次電子検出器２４により検
出され、その二次電子検出電流ｉｅがＡ／Ｄ変換器３２
によりＡ／Ｄ変換される。また、その二次電子画像デー
タＤｅが制御装置２６に出力され、例えば、図６（Ａ）
に示すような画像ＳＥＭ１がディスプレイ２８に表示さ
れる。

【００４０】ここで、当該装置に画像ＳＥＭ１を良好に
取得するための調整要求が割り込まれたものとすれば、
ステップＰ３以降で、被照射対象１９の画像ＳＥＭ１に
基づいて対物レンズ23Ｂのアライメント調整をする。な
お、ステップＰ３〜Ｐ13は、ＥＰＲＯＭ25Ａの制御プロ
グラム内容を成す。すなわち、ステップＰ３で現在の偏
向制御データＤｘ，Ｄｙを記憶する。当該データＤｘ，
Ｄｙには、電子ビーム11ａの回転量が含まれ、それがＲ
ＡＭ25Ｄに一時記憶される。次に、ステップＰ４で偏向
制御データＤｘ，Ｄｙの回転量を解除（「０」）にす
る。これにより、画像ＳＥＭ１は図６（Ｂ）に示すよう
に、回転を調整していない状態の画像ＳＥＭ２に変わ
る。

【００４１】次いで、ステップＰ５でこの状態の対物レ
ンズ23Ｂの励磁電流データＤＦを記憶する。具体的に
は、データＤＦがＲＡＭ25Ｄに一時記憶される。ここ
で、Ｘ，Ｙ方向の励磁電流データＤＦの内容値を説明の
簡略化のため「Ａ」と置く。さらに、ステップＰ６で励
磁電流値Ａ−Δａに係る画像ＳＥＭ２を取得する。ここ
で、Δａは微小変位量である。また、図６（Ｃ）に示す
ように、画像ＳＥＭ２は励磁電流値Ａ−Δａによって、
画像ＳＥＭ３に変わる。

【００４２】また、ステップＰ７で励磁電流値Ａ＋Δａ
に係る画像ＳＥＭ４を取得する。ここで、図６（Ｄ）に
示すように、画像ＳＥＭ３は励磁電流値Ａ＋Δａによっ
て、画像ＳＥＭ４に変わる。その後、ステップＰ８で両
画像ＳＥＭ３，４のパターンマッチング処理をする。当
該マッチング処理はＲＡＭ25Ｄに格納された画像データ
Ｄｅの比較処理（相関処理）により実行し、ステップＰ
９で両画像ＳＥＭ３，４のシフト量Δｘ，Δｙを算出す
る。

【００４３】次に、図５に移行してステップＰ10でシフ
ト量Δｘ，Δｙの最小値を求める。この際に、シフト量
Δｘ，Δｙの最小値が求められた場合（ＹES）には、ス
テップＰ12に移行する。また、それが求められない場合
（ＮＯ）には、ステップＰ11でシフトコイル23Ａを調整
する。その後、ステップＰ６に戻って励磁電流値Ａ−Δ
ａに係る画像ＳＥＭ２を取得する。

【００４４】従って、その最小値が求められた場合（Ｙ
ES）には、ステップＰ12でシフトコイル23Ａの励磁電流
データＤＸ，ＤＹを設定する。その後、ステップＰ13で
電磁偏向器２２及び対物レンズ23Ｂの設定値をそれぞれ
元に戻す。これにより、対物レンズアライメントが自動
調整される。このようにして、本発明の第１の実施例に
係る対物レンズのアライメント調整方法によれば、図
４，図５に示すように、ステップＰ３で当該装置に画像
ＳＥＭ１を良好に取得する要求が割り込まれた場合に、
先のステップＰ１で取得した被照射対象１９の画像ＳＥ
Ｍ１と、ステップＰ４の電子ビーム11ａの回転量を零に
した偏向制御データＤｘ，Ｄｙとに基づいて電子ビーム
11ａのアライメント調整処理をしている。

【００４５】このため、ステップＰ４で電子ビーム11ａ
の回転量を解除した偏向制御データＤｘ，Ｄｙに基づ
き、ステップＰ６，７で被照射対象１９の画像ＳＥＭ
３，４を取得することにより、画像ＳＥＭ１が回転して
いな状態で、正確な位置調整データＤＸ，ＤＹを容易に
求めることが可能となる。これにより、回転量を含んだ
偏向制御データＤｘ，Ｄｙに戻すと、ＳＥＭ像１が元通
りに位置に回転する。このことで、偏向制御データＤ
ｘ，Ｄｙの回転量を容易に調整することが可能となり、
正しい向きの画像が再現性良く得られる。

【００４６】（２）第２の実施例の説明 図７，図８は、本発明の第２の実施例に係るエネルギー
分析器の電圧シフト調整の処理フローチャート（その
１，２）であり、図９（Ａ）〜（Ｄ）は、そのＳＥＭ像
の補足説明図をそれぞれ示している。第２の実施例では
第１の実施例と異なり、被照射対象１９として半導体集
積回路（以下ＬＳＩという）装置の電圧を測定する場合
であって、当該装置の分析器の電圧シフト調整をする場
合である。図７において、まず、ステップＰ１で偏向制
御データＤｘ，Ｄｙに基づいて被照射対象１９に電子ビ
ーム11ａの偏向処理をする。この際に、第１の実施例と
同様に、電磁偏向器２２により、電子ビーム11ａが偏向
制御データＤｘ，Ｄｙに基づいて走査される。なお、偏
向電流ｉｘ，ｉｙには、電子ビーム11ａの回転量が含ま
れている。

【００４７】次に、ステップＰ２で被照射対象１９から
の二次電子11ｂに基づいて画像ＳＥＭ１の取得処理をす
る。例えば、図９（Ａ）に示すような配線パターンの画
像ＳＥＭ１がディスプレイ２８に表示される。ここで、
当該装置に分析器の電圧シフト調整をする要求が割り込
まれたものとすれば、ステップＰ３以降でエネルギー分
析器２７の電圧シフト調整をする。なお、ステップＰ３
〜Ｐ13の内容は、ＥＰＲＯＭ25Ｂの制御プログラム内容
を成す。

【００４８】すなわち、ステップＰ３で現在の偏向制御
データＤｘ，Ｄｙを記憶する。当該データＤｘ，Ｄｙに
は、電子ビーム11ａの回転量が含まれ、それがＲＡＭ25
Ｄに一時記憶される。次に、ステップＰ４で偏向制御デ
ータＤｘ，Ｄｙの回転量を解除（「０」）にする。これ
により、画像ＳＥＭ１は図９（Ｂ）に示すように、回転
を調整していない状態の画像ＳＥＭ２に変わる。

【００４９】次いで、ステップＰ５でこの状態の分析器
２７の分析電圧データＶＥを記憶する。具体的には、デ
ータＶＥがＲＡＭ25Ｄに一時記憶される。ここで、分析
電圧データＶＥの内容値を説明の簡略化のため「Ｂ」と
置く。さらに、ステップＰ６で分析電圧値Ｂ−Δｂに係
る画像ＳＥＭ２を取得する。ここで、Δｂは微小変位量
である。また、図９（Ｃ）に示すように、画像ＳＥＭ２
は分析電圧値Ｂ−Δｂによって、画像ＳＥＭ３に変わ
る。

【００５０】また、ステップＰ７で分析電圧値Ｂ＋Δｂ
に係る画像ＳＥＭ４を取得する。ここで、図９（Ｄ）に
示すように、画像ＳＥＭ３は分析電圧値Ｂ＋Δｂによっ
て、画像ＳＥＭ４に変わる。その後、ステップＰ８で両
画像ＳＥＭ３，４のパターンマッチング処理をする。当
該マッチング処理はＲＡＭ25Ｄに格納された画像データ
Ｄｅの比較処理により実行し、ステップＰ９で両画像Ｓ
ＥＭ３，４のシフト量Δｘ，Δｙを算出する。

【００５１】次に、図８に移行してステップＰ10でシフ
ト量Δｘ，Δｙの最小値を求める。この際に、シフト量
Δｘ，Δｙの最小値が求められた場合（ＹES）には、ス
テップＰ12に移行する。また、それが求められない場合
（ＮＯ）には、ステップＰ11移行してシフトコイル23Ａ
を調整し、その後、ステップＰ６に戻って分析電圧値Ｂ
−Δｂに係る画像ＳＥＭ２を取得する。

【００５２】従って、その最小値が求められた場合（Ｙ
ES）には、ステップＰ12でシフトコイル23Ａの励磁電流
データＤＸ，ＤＹを設定する。その後、ステップＰ13で
電磁偏向器２２及び対物レンズ23Ｂの設定値をそれぞれ
元に戻す。これにより、エネルギー分析器２７が自動電
圧シフト調整される。このようにして、本発明の第２の
実施例に係るエネルギー分析器の電圧シフト調整方法に
よれば、図６，図７に示すように、ステップＰ３で当該
分析器２７の分析電圧シフト調整の要求が割り込まれた
場合に、先のステップＰ１で取得した被照射対象１９の
画像ＳＥＭ１と、ステップＰ４の電子ビーム11ａの回転
量を零にした偏向制御データＤｘ，Ｄｙとに基づいて分
析器２７の電圧シフト調整処理をしている。

【００５３】このため、ステップＰ４で電子ビーム11ａ
の回転量を解除した偏向制御データＤｘ，Ｄｙに基づ
き、ステップＰ６，８で被照射対象１９の画像ＳＥＭ
３，４を取得することにより、画像ＳＥＭ１が回転して
いな状態で、正確な位置調整データＤＸ，ＤＹを容易に
求めることが可能となる。これにより、回転量を含んだ
偏向制御データＤｘ，Ｄｙに戻すと、ＳＥＭ像１が元通
りに位置に回転する。このことで、偏向制御データＤ
ｘ，Ｄｙの回転量を容易に調整することが可能となり、
正しい向きの画像が再現性良く得られる。

【００５４】（３）第３の実施例の説明 図10，11は、本発明の第３の実施例に係る電子ビームの
位置決め方法の処理フローチャート（その１，２）であ
り、図12（Ａ）〜（Ｅ）はそのフローチャートの補足説
明図をそれぞれ示している。第３の実施例では第１，第
２の実施例と異なり、ＬＳＩの配線の被測定点に電子ビ
ーム11ａを自動位置合わせする場合である。図10におい
て、まず、ステップＰ１で偏向制御データＤｘ，Ｄｙに
基づいて被照射対象１９に電子ビーム11ａの偏向処理を
する。この際に、第１，２の実施例と同様に、電磁偏向
器２２により、電子ビーム11ａが偏向制御データＤｘ，
Ｄｙに基づいて走査される。

【００５５】次に、ステップＰ２で被照射対象１９から
の二次電子11ｂに基づいてＳＥＭ画像の取得処理をす
る。例えば、図12（Ａ）に示すような配線パターンのＳ
ＥＭ画像がディスプレイ２８に表示される。ここで、ス
テップＰ３でＬＳＩの配線に電子ビーム11ａを位置合わ
せする要求が割り込まれたものとする。具体的には、測
定者はディスプレイ２８に表示されたＳＥＭ画像１上で
測定点Ｘ，Ｙを指定する。なお、ステップＰ４〜Ｐ13
は、ＥＰＲＯＭ25Ｃの制御プログラム内容を成す。

【００５６】すなわち、ステップＰ４で電子ビーム11ａ
を指定された位置に偏向する。この際に、ＳＥＭ画像上
で指定された位置Ｘ，Ｙに相当する被照射対象１９の実
際位置ｘ，ｙに電子ビーム11ａが偏向される。具体的に
は、制御装置２６からＤ／Ａ変換器３１に位置調整デー
タＤＸ，ＤＹが出力され、それをＤ／Ａ変換した励磁電
流ｉＸ，ｉＹがシフトコイル23Ａに供給される。ここ
で、電子ビーム11ａが配線の中心に位置合わせされると
は限らない。

【００５７】次に、ステップＰ５で被照射対象１９のＸ
方向のラインプロファイルを取得する。具体的には、被
照射対象１９からの二次電子11ｂが二次電子検出器２４
により検出され、その二次電子検出電流ｉｅがＡ／Ｄ変
換器３２によりＡ／Ｄ変換される。また、その二次電子
画像データＤｅが制御装置２６に出力される。例えば、
図12（Ｂ）に示すようなラインプロファイルが作成され
る。ここで、ラインプロファイルは横軸が位置であり、
本実施例ではＸ方向の配線位置を示している。縦軸は二
次電子量ｉｅである。図12（Ｃ）は、Ｘ方向の二次電子
量ｉｅの分布を示している。これによれば、ピーク値が
１つのみ存在することから、電子ビーム11a の位置決め
をする試料としては無効なデータである。

【００５８】次いで、ステップＰ６で当該ラインプロフ
ァイルが有効か無効かを判断する。この際に、当該プロ
ファイルが有効な場合（ＹES）には、ステップＰ９に移
行する。また、それが適さず無効な場合（ＮＯ）には、
ステップＰ７に移行して実際位置のＹ方向のラインプロ
ファイルを取得する。ここでは、図12（Ｄ）に示すよう
なラインプロファイルが作成される。横軸はＹ方向の配
線位置を示している。縦軸は二次電子量ｉｅである。図
12（Ｅ）は、Ｙ方向のラインプロファイルに係る二次電
子量ｉｅの分布を示している。ピーク値が２つ存在する
ことから、電子ビーム11a の位置決めをする試料として
有効なデータである。

【００５９】その後、ステップＰ８でＹ方向のラインプ
ロファイルが有効か無効かを判断する。この際に、当該
プロファイルが有効の場合（ＹES）には、ステップＰ８
に移行する。それが無効の場合（ＮＯ）には、被測定領
域が広い面であると考えられ、指定した位置で測定が行
われる。なお、ステップＰ９では、「有効」と判断され
たラインプロファイルを横切る閾値レベルｉthの中間値
を求める。具体的には図12（Ｅ）において、２つのピー
ク値間を２分する二次電子量ｉｅを閾値レベルｉthと
し、それをＹ方向のラインプロファイルに反映する。こ
れにより、ＳＥＭ画像上で新規測定点（Ｘ，Ｙｏ）が修
正される。

【００６０】次に、図11に移行してステップＰ10で位置
ずれ量ΔＹを算出する。ここで、位置ずれ量ΔＹはＹｏ
−Ｙである。その後、ステップＰ11で位置ずれ量ΔＹが
存在するか否を判断する。この際に、位置ずれ量ΔＹが
存在する場合（ＹES）には、ステップＰ12で被照射対象
１９上の新規測定点（ｘ，ｙｏ）に電子ビーム11ａを移
動する。また、位置ずれ量ΔＹが存在しない場合（Ｎ
Ｏ），すなわち、先に指定した位置が真値であった場合
には、ステップＰ13に移行する。

【００６１】これにより、ＳＥＭ画像１上で指定した測
定点（Ｘ，Ｙ）が修正され、その修正後の新規測定点
（ｘ，ｙｏ）に電子ビーム11ａが自動位置合わせされ、
そこで電圧測定が実行される。このようにして、本発明
の第３の実施例に係る電子ビームの位置決め方法によれ
ば、図10の処理フローチャートに示すように、ステップ
Ｐ３でＳＥＭ画像上で電子ビーム11ａの位置が指定され
ると、その位置に相当する被照射対象１９の実際位置で
電子ビーム11ａが偏向処理され、その位置のラインプロ
ファイルが自動取得処理され、そのラインプロファイル
を横切る閾値レベルｉthの中間値が求められる。

【００６２】このため、被照射対象１９の特定位置に電
子ビーム11ａを高速に位置合わせすることが可能とな
る。すなわち、ステップＰ６〜Ｐ８で、被照射対象１９
のＸ方向又はＹ方向のどちらを採用すれば適正な測定点
の中心座標が得られるか否かが自動判断される。また、
測定点を指定する毎に、ステップＰ６〜Ｐ８でラインプ
ロファイルが的確であるか否かが自動判断される。これ
により、ラインプロファイルが平坦な場合，つまり、位
置決め処理に適さないラインプロファイルは無効にされ
る。

【００６３】このことで、測定者の負担が極力低減さ
れ、当該装置の操作性及び制御性の向上を図ることが可
能となる。なお、被照射対象１９が複雑なパターンを含
む場合には、従来例に係る手動方法に切り換えて電子ビ
ームを位置合わせを行っても良い。

【００６４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の電子ビー
ム装置によれば、被照射対象のＳＥＭ像に基づいて位置
調整データを求め、それを位置調整手段に出力する制御
手段が設けられる。このため、ＳＥＭ像を良好に取得す
る場合や、分析手段の電圧シフト調整を行う場合、又
は、被照射対象の特定位置に電子ビームを位置合わせす
る場合に、位置調整手段の自動調整を行うことが可能と
なる。

【００６５】また、本発明のビーム調整方法によれば、
被照射対象のＳＥＭ像と、電子ビームの回転量を零にし
た偏向制御データとに基づいて電子ビームの位置調整処
理をしている。このため、ＳＥＭ像が回転していな状態
で、正確な位置調整データを容易に求めることが可能と
なる。このことで、偏向制御データの回転量を容易に調
整することが可能となる。

【００６６】また、本発明の他のビーム調整方法によれ
ば、ＳＥＭ像上で電子ビームの位置が指定されると、そ
れに相当する被照射対象の実際位置で電子ビームが偏向
処理される。また、その位置のラインプロファイルが自
動取得処理され、そのラインプロファイルを横切る閾値
レベルの中間値が求められる。このため、被照射対象の
特定位置に電子ビームを高速に位置合わせすることが可
能となる。このことで、測定者の負担が極力低減され、
当該装置の操作性及び制御性の向上を図ることが可能と
なる。

【００６７】これにより、電子ビームの位置合わせ系機
器の自動調整化を図ること、及び、ラインプロファイル
の自動取得化を図ることが可能となり、手動調整処理が
極力低減する。また、走査型電子顕微鏡や電子ビームテ
スタ等の機能向上に寄与するところが大きい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る電子ビーム装置の原理図である。

【図２】本発明に係る電子ビームの位置調整方法の原理
図である。

【図３】本発明の各実施例に係る電子ビーム装置の構成
図である。

【図４】本発明の第１の実施例に係る対物レンズのアラ
イメント調整の処理フローチャート（その１）である。

【図５】本発明の第１の実施例に係る対物レンズのアラ
イメント調整の処理フローチャート（その２）である。

【図６】本発明の第１の実施例に係るＳＥＭ像の補足説
明図である。

【図７】本発明の第２の実施例に係る分析器の電圧シフ
ト調整の処理フローチャート（その１）である。

【図８】本発明の第２の実施例に係る分析器の電圧シフ
ト調整の処理フローチャート（その２）である。

【図９】本発明の第２の実施例に係るＳＥＭ像の補足説
明図である。

【図10】本発明の第３の実施例に係る電子ビームの位置
決め処理のフローチャート（その１）である。

【図11】本発明の第３の実施例に係る電子ビームの位置
決め処理のフローチャート（その２）である。

【図12】本発明の第３の実施例に係るフローチャートの
補足説明図である。

【図13】従来例に係る電子ビーム装置の構成図である。

【図14】従来例に係る問題点を説明するシフト状態図及
び測定位置の指定状態図である。

【符号の説明】

１１…電子銃、 11ａ…電子ビーム、 11ｂ…二次電子、 １２…偏向手段、 １３…位置調整手段、 １４…二次電子検出手段、 １５…記憶手段、 １６…制御手段、 １７…分析手段、 ＤＸ，ＤＹ…位置制御データ、 Ｄｘ，Ｄｙ…偏向制御データ、 Ｄ…ビーム調整データ、 Ｄ±Δｄ…ビーム変位調整データ。

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被照射対象（１９）に電子ビーム（11
   ａ）を照射する電子銃（１１）と、前記電子ビーム（11
   ａ）を偏向制御データ（Ｄｘ，Ｄｙ）に基づいて走査す
   る偏向手段（１２）と、前記電子ビーム（11ａ）の位置
   合わせをする位置調整手段（１３）と、前記被照射対象
   （１９）からの二次電子（11ｂ）を検出する二次電子検
   出手段（１４）と、前記電子銃（１１），偏向手段（１
   ２），位置調整手段（１３）及び二次電子検出手段（１
   ４）の入出力を制御する制御手段（１６）とを具備し、 前記制御手段（１６）が、二次電子（11ｂ）の信号処理
   により得られる二次元画像〔ＳＥＭ像〕に基づいて位置
   調整データ（ＤＸ，ＤＹ）を求め、前記位置調整データ
   （ＤＸ，ＤＹ）を位置調整手段（１３）に出力すること
   を特徴とする電子ビーム装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の電子ビーム装置におい
   て、前記電子ビーム（11ａ）の制御に係る各種データ
   （Ｄｘ，Ｄｙ，ＤＸ，ＤＹ…）を記憶する記憶手段（１
   ５）と、前記二次電子（11ｂ）の分析電圧を設定する分
   析手段（１７）と、前記二次元画像を表示する表示手段
   （１８）が設けられることを特徴とする電子ビーム装
   置。
3. 【請求項３】 偏向制御データ（Ｄｘ，Ｄｙ）に基づい
   て被照射対象（１９）に電子ビーム（11ａ）の偏向処理
   をし、前記被照射対象（１９）からの二次電子（11ｂ）
   に基づいて二次元画像の取得処理をし、前記被照射対象
   （１９）の二次元画像に基づいて前記電子ビーム（11
   ａ）の位置調整処理をすることを特徴とするビーム調整
   方法。
4. 【請求項４】 請求項３記載のビーム調整方法におい
   て、前記電子ビーム（11ａ）の位置調整処理の際に、前
   記電子ビーム（11ａ）の回転量を零にした偏向制御デー
   タ（Ｄｘ，Ｄｙ）と、前記電子ビーム（11ａ）のビーム
   調整データ（Ｄ）を一定量（±Δｄ）だけ変位させたビ
   ーム変位調整データ（Ｄ±Δｄ）とに基づいて２つの二
   次元画像を取得し、前記２つの二次元画像のパターンマ
   チング処理に基づいてシフト量（Δｘ，Δｙ）を算出
   し、前記シフト量（Δｘ，Δｙ）の最小値を求めること
   を特徴とするビーム調整方法。
5. 【請求項５】 請求項３記載のビーム調整方法におい
   て、前記電子ビーム（11ａ）の位置調整処理の際に、前
   記二次元画像上で電子ビーム（11ａ）の位置を指定し、
   前記指定された位置に相当する被照射対象（１９）の実
   際位置で電子ビーム（11ａ）の偏向処理をし、前記被照
   射対象（１９）からの二次電子（11ｂ）の検出処理を
   し、前記二次電子（11ｂ）に基づいてラインプロファイ
   ルの取得処理をし、前記ラインプロファイルを横切る閾
   値レベルの中間値を求めることを特徴とするビーム調整
   方法。