WO2017168482A1 - 荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、高精度な結像光学系と照射光学系の調整を可能とする荷電粒子線装置の提案を目的とする。この目的を達成するために、照射光学系となる第１の荷電粒子カラムと、当該第１の荷電粒子カラム内を通過した荷電粒子を対象物に向かって偏向する偏向器と、結像光学系となる第２の荷電粒子カラムを備えた荷電粒子線装置であって、対象物に向かって、光を照射する光源と、当該光源から放出された光の照射に応じて発生する荷電粒子の検出に基づいて、或る偏向状態を維持する複数の偏向信号を求め、当該複数の偏向信号から、或いは当該複数の偏向信号から作成される関係情報から、所定の条件を満たす偏向信号を選択、或いは演算する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。

Description

荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法

　本発明は、荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法に係り、特に、理想光軸に対するビーム軌道のずれを補正して、高分解能像を安定に得るのに好適な荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法に関する。

　荷電粒子線装置は、荷電粒子源から放出された電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを試料に向かって照射する装置である。このような装置の中には、照射光学系カラム（鏡筒）と、結像光学系カラムを備えた装置がある。特許文献１には、照射光学系と結像光学系の２つのカラムを備えた電子顕微鏡が開示されている。更に、特許文献１には、試料に紫外線を照射することによって、試料を帯電させ、帯電した状態の試料に向かって電子ビームを照射することによって、欠陥検出を行うことが説明されている。また、特許文献２には、特許文献１と同様に、２つの光学系を備えた電子顕微鏡が開示されている。更に、特許文献２では、試料に照射される電子ビームと、試料から放出される電子の軌道を分離するウイーンフィルタや、結像光学系の光軸調整を行うために、本来、電子ビームの照射対象である試料の位置に、検査用電子ビームを自発的に放出する検査チャートを配置し、当該検査チャートから放出される電子を用いて、結像光学系の光学性能を評価する評価法が説明されている。

特許第４７９０３２４号公報（対応米国特許ＵＳＰ７，５４７，８８４） 特許第４１３１０５１号公報

　特許文献２に開示されている通り、試料に向かって電子ビームを照射するためのビーム源とは別に、結像光学系を評価するためのビーム源を設けることによって、結像光学系等の選択的な評価が可能となり、結果として、照射光学系によるビーム照射を行うことなく、結像光学系の性能評価を行うことが可能となる。しかしながら、電子を放出するエミッターを、試料が配置される位置に設置する必要がある。即ち、エミッターと試料を交換する交換機構等を設ける必要がある。また、適正な性能評価を行うためには、エミッターを結像光学系の理想光軸に正確に位置付ける必要があるが、高倍率で画像を取得する装置ほど、正確な位置合わせを行うことが困難になる。特許文献１には、結像光学系等を選択的に評価する評価法についてはなんら論じられていない。

　以下に、試料位置へのエミッター等の挿入や、正確な位置合わせ等を行うことなく、高精度な結像光学系と照射光学系の調整を可能とすることを目的とする荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法を提案する。

　上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源から放出された荷電粒子の通過軌道を包囲する第１の荷電粒子カラムと、当該第１の荷電粒子カラム内を通過した荷電粒子を対象物に向かって偏向する偏向器と、前記対象物に向かって前記荷電粒子を照射することによって得られる荷電粒子が通過する第２の荷電粒子カラムを備えた荷電粒子線装置であって、前記対象物に向かって、光を照射する光源と、当該光源から放出された光の照射に応じて発生する荷電粒子の検出に基づいて、或る偏向状態を維持する複数の偏向信号を求め、当該複数の偏向信号から、或いは当該複数の偏向信号から作成される関係情報から、前記荷電粒子源から荷電粒子を照射することによって得られる情報が所定の条件を満たす偏向信号を選択、或いは演算する制御装置を備えた荷電粒子線装置を提案する。

　また、上述のような調整を行う方法について提案する。

　上記構成によれば、高精度な結像光学系と照射光学系の調整が可能となる。

２つの光学系（カラム）を備えた荷電粒子線装置の一例を示す図。 ２つの光学系を備えた荷電粒子線装置の一例を示す図。 ビームセパレータの偏向条件を調整する工程を示すフローチャート。 ウイーンフィルタの構造を示す図。 ウイーンフィルタに印加する電圧と供給する電流との関係を示し、所定の条件（ビームが結像光学系の光軸に沿って直進する条件）を満たす関数の一例を示す図。 ミラー収差補正器の構成を示す図。 紫外線照射に基づく結像光学系の装置条件調整工程を示すフローチャート。 荷電粒子ビーム照射に基づく照射光学系の装置条件調整工程を示すフローチャート。 撮像素子の視野と、荷電粒子の投影像との位置関係の調整に基づいて、装置条件を調節する際に表示される画像の一例を示す図。

　半導体デバイス製造工程には、鏡面状に研磨されたＳｉやＳｉＣなどを材料とするウェハ上に微細な回路を形成する工程がある。このようなウェハ上に異物や傷、あるいは結晶欠陥などが存在すると、回路パターンの形成過程において欠陥や材質劣化が生じ、製造されたデバイスが正常に動作しなくなったり、所望の電気特性が得られなかったり、動作の信頼性が劣化する場合がある。

　ウェハを検査する装置には、可視から紫外のある波長を持つ光（以下、単に光と記す）をウェハ表面に照射し、表面で散乱された光を検知することによって、ウェハの表面状態を検査する装置（光学散乱式検査装置）や、微分干渉など光学顕微鏡技術を応用した検査装置がある。しかし、半導体素子の微細化の進展により、検出に十分な散乱強度が得られないほど微細な異物を管理する必要が生じている。また、光学顕微鏡では、画像化することができない結晶欠陥が半導体デバイスの信頼性特性に影響を及ぼすことが判明しつつあり、光学式の検査装置では高度な品質管理が望めないことがある。

　一方、光学式の検査装置では検出が困難な異物や欠陥を検出するための装置として、電子顕微鏡がある。電子顕微鏡は極めて高い空間分解能を有しており、光の散乱強度が著しく低くなる２０ナノメートル以下の大きさの異物の像を得ることができる。また、電子線は荷電粒子であることから、結晶欠陥の電気的な特性を利用して、光では検出できない欠陥を検出できる。しかしながら、電子顕微鏡はミクロンサイズの小さい視野での観察には実用的な時間で像を得ることができるが、半導体基板となるウェハの全面を検査のために隈なく観察するためには、膨大な観察時間を要する。例えば、直径１００ミリのＳｉウェハ表面全てを１０ナノメートル程度の分解能で検査する場合、標準的な条件で試算すると走査電子顕微鏡ではおよそ６日の時間が必要となる。

　そこで、本実施例では検査速度の高速化を図るため、写像型の電子顕微鏡の使用を提案する。より具体的には、試料に向かって電子ビーム（荷電粒子ビーム）を照射することによって得られる信号を検出する電子線装置であって、照射する電子線の加速電圧と同等もしくは僅かに大きな負電位をウェハ表面に与え、ウェハ表面上の検査視野全体にウェハ表面に垂直な角度でほぼ平行照射した電子線を、ウェハ表面直上でビームの入射方向に対してほぼ１８０度の角度で反転させ、反転した電子を電子レンズで結像し検査用の電子像を得る電子線装置を例に取って説明する。この反転した電子を以下ミラー電子と称する。

　以下、図１を用いて、ミラー電子の検出に基づいて画像を生成するミラー電子顕微鏡の構成について説明する。試料は、試料表面方向が対物レンズ光軸１２（ビームの理想光軸）に垂直になるように配置されている。電子銃２０から放出される電子は、図示しない加速電極等によって加速され、電子ビーム（電子線）となる。電子線は照射レンズ２１によって収束され、光軸１０を通過する。照射レンズ２１によって収束された電子線は、ビームセパレータ２４により対物レンズ光軸１２の軌道に沿うように偏向される。照射電子線は対物レンズ２３の後焦点面に収束され、試料３０に向かって照射される。ビームセパレータ２４によって偏向された電子線は、対物レンズ２３によって開き角が調整され、平行ビームとなって、対物レンズ光軸１２に沿って、試料３０に向かって垂直に照射される。試料３０、或いはステージ３１には、図示しない負電圧印加電源から負電圧が印加される。負電圧印加電源から印加される負電圧は、電子銃２０のチップと加速電極間に印加される加速電圧とほぼ等しいか、若干高い電圧が印加され、電子線は試料３０に到達することなく、撮像素子に向かって反射する。照射電子線は試料に到達していないので、試料表面形状ではなく、試料上の電位分布（等電位面）を反映した画像を取得することができる。反転された電子線は対物レンズ光軸を通過したのち、当該反転された電子線が、結像レンズの光軸１１と同じ電子線軌道となるように調整されたビームセパレータ２４を通過する。ビームセパレータを通過した電子線は、結像レンズ２２の中心を通り、シンチレータ３３に結像する。カメラ３２は、電子線の入射によって発光したシンチレータを撮像する二次元撮像素子であり、試料上の電位分布を画像化するための信号を取得することができる。

　ミラー電子顕微鏡では、照射光学系の光源（電子源）位置と、結像光学系の結像位置が異なる一方で、試料３０上にて照射光学系の光軸と結像光学系の光軸が一致するため、ビームセパレータ２４等を用いて、照射光学系、結像光学系のどちらかもしくは両方のビームを偏向し、両者を分離しなければならない。

　試料に照射した電子線をそのまま結像させる電子顕微鏡装置では、照射系光軸１０と結像系光軸１１が調整されていないと、取得画像の劣化が発生する。透過型電子顕微鏡では、照射系と試料と結像系が一直線に並ぶため、調整は比較的容易であるが、ミラー電子顕微鏡の電子光学系では、照射系光軸１０と結像レンズの光軸１１に対してビームセパレータ２４の調整が正しく行われないと、反転したビームがシンチレータ３３まで達せず、カメラ３２によって像が観察できないため、手探りでの調整を行わなければならない。

　さらに、照射電子線が試料に対して垂直に入射しないと、試料と対物レンズの間で照射電子の軌道と反転した電子線の軌道が一致しなくなるので、対物レンズに大きな収差が発生する。照射電子の光軸が対物レンズ光軸１２を通らなければ、試料に均一に平行照射することが出来なくなり、試料面内で反転する高さにバラつきが発生してしまう。反転した電子線の光軸が対物レンズ光軸を通らなければ、コマ収差、非点収差などの軸外収差が発生して、取得画像が大きく劣化する。　
　以下に説明する実施例では、照射光学系と結像光学系が異なるカラム（鏡体）によって構成される荷電粒子線装置であって、結像光学系やビームセパレータの調整を行う際に、結像光学系への選択的にビーム照射を行うと共に、当該選択的な結像光学系へのビーム照射を行うに当たり、試料位置に荷電粒子源を設置することなく、結像光学系への選択への選択的なビーム照射を可能とする荷電粒子線装置について説明する。

　なお、結像光学系に選択的にビームを通過させる専用の電子源を、試料位置に設置しようとすると、基板・ひいてはステージ側に調整時にのみ使用する機構を搭載する必要がある。電子顕微鏡では、解像度向上のために対物レンズと試料を近づける場合が多く、厚みのある構造にするのが困難である。

　そこで、本実施例では、試料位置へ電子源等を位置付けることなく、且つ照射光学系からビームを照射することなく、試料位置から結像光学系に向かってビーム照射を可能とする荷電粒子線装置を提案する。

　以下に説明する実施例では、照射系の光軸と結像系の光軸を持ち、２軸を通る電子線を分離するビームセパレータを備える電子顕微鏡の調整方法であって、光軸の上に試料を置き、その試料に光を照射することで発生する光電子を用いて軸調整ないし試料から結像位置までの電子線を通過させるビームセパレータの条件を算出するプロセスと、前記光軸のうち電子線発生位置から前記試料もしくは前記結像位置まで電子線を通過させる前記ビームセパレータの条件を調整するプロセスを備えた、電子顕微鏡の調整方法、及び電子顕微鏡について説明する。

　より具体的には、電子顕微鏡に紫外線光学系を搭載し、紫外線を試料に照射した際に生じる光電子を結像レンズ系の光軸調整に使用することで、試料保持側の機構を実際観察時と変更することなく、かつ先に結像レンズ系の光軸ならびにビームセパレータ２４の結像系光軸入射条件の取得を行うことで、光軸調整を簡単にする方法を提案する。

　以下、実施形態および実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。図２はミラー電子顕微鏡の一例を示す図である。ミラー電子顕微鏡では、電子銃２０から放出した電子線を照射レンズ２１で収束させながら、ビームセパレータ２４を通じて試料に垂直な対物レンズ光軸１２方向へ導入され、対物レンズ２３により平行照明へと変化させる。試料３０には、ステージ３１を通じて電子銃加速電圧と同等もしくは僅かに高い電圧が印加されており、電子線は試料３０直上で反転される。反転された電子線はビームセパレータ２４により結像系光軸へ導入され、結像レンズ２２にて投影されて、シンチレータ３３上にて拡大像を形成する。シンチレータ３３は電子線像を光学像に変換し、光学像をカメラ３２にて取得する。

　図２に例示するような装置は、電子ビーム或いは試料から放出された電子が正確に理想光軸を通過するように調整する必要がある。ビームセパレータ２４は、照射系光軸１０に沿って照射される電子線を、角度θ（照射系光軸１０と対物レンズ光軸１２のなす角）分、偏向するように調整されている必要がある。また、試料３０の直上に形成された減速電界にて反射され、試料３０方向からビームセパレータ２４に対して飛んでくる電子に対しては、結像光軸１１を沿ってシンチレータ３３に向かうように、直交電磁界の電界と磁界が調整されている必要がある。図１のような光学系の場合は、対物レンズ光軸１２と結像系光軸１１のなす角θ´だけ電子が曲がるようにパラメータ調整する必要がある。

　結像レンズ２２に関しては、対物レンズにて投影された電子線が、シンチレータ３３上で拡大像を結ぶようにレンズパラメータを調整する必要がある。像を表示させるためには、特にビームセパレータ２４の調整が重要で、照射系光軸１０を通る上からの電子線をθ曲げる条件と、減速電界によって反射された電子を直進させる条件（図１の光学系では電子をθ´曲げる条件）を同時に満たすパラメータに調整しないと、シンチレータ３３に適正に電子が到達せず、カメラ３２を用いた画像取得が困難となる。
（実施例１）
　本実施例では、主に結像光学系の装置条件を評価するためのビームを発生する光源を備えた電子顕微鏡について説明する。図２に例示する電子顕微鏡は、紫外線光源５０と、紫外線光源制御装置４３を備え、紫外線光源５０は、試料３０の電子線照射位置（電子銃２０から照射される電子ビームの理想的な到達位置（電子ビームの理想光軸直下））に向かって紫外線を照射するよう取り付けられている。紫外線光源５０は、電子線で観察する試料上の視野と同程度の大きさに絞られていてもよいし、それ以上の大きさであってもよい。また、帯電防止用に紫外線光源を搭載している電子顕微鏡の場合、その紫外線光源を共用してもよい。また、ビームセパレータとして、ウイーンフィルタを使用している。本実施例の紫外線光源５０は、電子線の到達位置を帯電させるためのものである。適正な位置に紫外線が照射されるように取り付けられているため、後述するように、位置合わせ等を行うことなく、試料表面を電子源とすることができ、且つ正確な位置から結像光学系に向かって電子ビームを照射することが可能となる。紫外線照射によって試料から発生する電子は、対物レンズ２３（例えば接地電位）と、負電圧が印加された試料との間に形成される電界（入射する電子ビームにとっての減速電界）によって、結像光学系に向かって加速されるため、紫外線光源５０と試料３０は、結像光学系専用の電子源となる。

　図３を用いて、図２に例示するような電子顕微鏡の光軸調整工程を説明する。図３に例示するような処理アルゴリズムを採用することによって、ウイーンフィルタ２５を２つの条件を同時に満たすように調整するのではなく、ウイーンフィルタ２５の結像系光軸入射条件から先に調整することが可能となる。なお、図３に例示するような処理アルゴリズム、或いは後述する図７、８に例示するような処理アルゴリズムはプログラムとして、予め所定の記憶媒体に記憶されており、図示しない統合制御装置は、当該プログラムに従って、電子顕微鏡の各構成要素を自動的に制御する。

　まず、ステージ３１に試料３０を載置する。試料は、紫外線光源５０から照射される紫外線によって、光電子の発生し易いものを使用することが望ましい。もしくは、試料３０の仕事関数以上のエネルギーを持つ紫外線を発生させる紫外線光源５０を使用する。また、画像処理を用いた軸調整を可能とすべく、パターンが形成された試料を導入することが望ましい。軸ずれを評価する場合、画像のずれ（視差）の評価に基づいて、軸ずれの程度を判定するが、画像の２次元的なずれを評価するために、Ｘ－Ｙ方向のずれの評価が可能な２次元方向に広がりを持つパターン（例えば十字パターン）を用いることが望ましい。パターンは視野中心に正確に位置合わせを行う必要がなく、視野のいずれかに位置していれば、画像取得に基づく視差評価を行うことができるため、エミッターを結像光学系に合わせるような高度な位置合わせを行うことなく、視差評価を行うことができる。

　試料が導入できたら、紫外線光源５０から試料３０に対して紫外線を照射する（フローチャートのステップ１）。この際、電子線で観察する視野と同じになるように、光学レンズ等を用いて紫外線照射領域を調整してもよいが、紫外線照射領域が電子線で観察する視野より大きければ、光電子像を取得することができる。次に、結像レンズ光軸１１とウイーンフィルタ２５の偏向条件についてパラメータ調整する（フローチャートのステップ２）。

　ステップ２では、結像レンズ２２と、ウイーンフィルタ２５のパラメータを調整する。ウイーンフィルタ２５の調整については、例えば調整パラメータが複数有る場合、複数あるパラメータ間の拘束関数として記述できるような調整の方法をとることができる。この拘束関数にてパラメータの数を減らし、後の照射レンズの光軸１０の調整を容易に実現することができる。なお、拘束関数作成の際に、対物レンズ２３の強度を一定の振幅で変化させるワブリングを行い、像の中心が動かないように厳密に調整し、ＥとＢの組の値の範囲を詳細に確かめてもよい。このパラメータの微調整を行うことで、より厳密な拘束関数を作成することができる。また、結像系のみに関して対物レンズのワブリングを行い像の解像度を高めておくことは、この後の軸調整の高精度化にも繋がる。なお、対物レンズのワブリングによって画像のずれ（視差）が発生する場合には、その視差がゼロ、或いは所定値以下となるように、図示しないアライメント偏向器によって光軸調整を行う。

　図７は、試料に対する紫外線照射によって放出される光電子を用いて、結像光学系の軸調整（図７では、セパレータ２５（ウィーンフィルタ）の調整を例示）と、照射光学系の調整に要する近似関数を生成する工程の一例を示すフローチャートである。まず、真空試料室に試料を導入する（ステップ７０１）。当該試料には、画像認識が可能なパターンが設けられている。後述するように、当該パターンは、装置条件を変化させたときの画像のずれ（視差）をモニタするために用いられるため、十字パターンのような二次元的な変位（Δｘ，Δｙ）の特定が容易なパターンを採用することが望ましい。また、ミラー状態で画像認識を可能とするために、パターン部の帯電状態と、それ以外の部分の帯電状態が異なるように形成することが望ましい。例えばパターン部を絶縁部材で形成し、それ以外の部分を導電性部材で形成することが考えられる。次に、視野（電子ビームの照射領域）に上記パターン（調整用パターン）が位置付けられるように、ステージ３１を制御する（ステップ７０２）。この際、パターンは必ずしも画像の中心にある必要はなく、視野内にパターンが含まれていれば、（Δｘ，Δｙ）の取得は可能であるため、高精度な位置合わせをせずとも、高精度な軸調整を行うことができる。

　次に、調整用パターンに対し紫外線を照射することによって得られる画像を取得する（ステップ７０３、７０４）。紫外線を試料に照射することによって、試料から光電子が放出される。光電子は試料上に形成された減速電界によって結像光学系に向かって加速され、セパレータ２５、及び結像レンズ２２を通過して、シンチレータ３３に到達する。シンチレータ３３に電子が到達することによるシンチレータ３３の発光を、カメラ３２によって撮像することによって、調整用パターンを含む領域の画像を生成する。次に形成された画像上の調整用パターンの位置（ｘ_０，ｙ_０）を画像処理によって認識する（ステップ７０５）。

　初期のパターン位置の認識の後、セパレータ２５に含まれる電極間に形成される電界（Ｅ）と、コイルに供給する電流によって調整される磁界（Ｂ）を設定する（ステップ７０６）。この状態ではウィーン条件（Ｅによる偏向作用をＢが打ち消している状態）が保たれているものとする。セパレータ２５を稼働させたときに、視差が発生するような場合は、Ｅ或いはＢの調整によって、像のずれがなくなるように補正を行う。

　次に、Ｅ或いはＢの一方を所定量変更し（ステップ７０７）、その際の調整用パターンの位置（ｘ_１，ｙ_１）を特定することによって、セパレータ２５の条件を変化させたときの視差（ｘ_１－ｘ_０，ｙ_１－ｙ_０）を演算する（ステップ７０８、以下の説明ではステップ７０８にてＥを変化させた場合を例にとって説明する）。次に、ステップ７０７にてＥをＥ_０からＥ_１に変化させたときに発生する視差（ｘ_１－ｘ_０，ｙ_１－ｙ_０）をゼロ、或いは所定値以下とするＢを探索すべく、Ｂを徐々に変化させたときの視差を評価する（ステップ７０９、７１０）。視差がゼロになった状態とは、試料から放出された電子の電界による偏向作用が、磁界の偏向作用によって相殺された状態であり、この状態（或る偏向状態）が見出されるまでステップ７０９、７１０を繰り返す。

　１つのＥ（電極に印加する電圧値）について、適正なＢ（コイルに供給する電流値）が見出された後、他のＥについてもウィーン条件が満たされるＢを探索すべく、所定数のＥに対するＢが見出されるまで、ステップ７０７～ステップ７１０を繰り返す。所定数のＥとＢの組み合わせが見出された後に、図５に例示するようなＥの変化に対するＢの変化を示す近似関数をフィッティング等により求める（ステップ７１１）。以上のようにして生成された近似関数に則ってＥとＢを変化させることによって、結像光学系に対する適正な調整状態を維持しつつ、ＥとＢの条件を変化させることができる。後述する照射光学系の調整では、上記近似関数に則って、ＥとＢを変化させることによって、結像光学系の調整状態を変化させることなく、照射光学系の適正な調整を行う。なお、本実施例では、ＥとＢを変数とする関数を生成する例を説明しているが、これに限られることはなく、例えば他の変動要因を変数とした関数を生成するようにしても良い。更に、関数を作成することなく、上記条件を満たす複数のＥとＢの組み合わせを取得し、記憶するようにしても良い。

　光電子像により結像光学系の調整が終了した後、紫外線光源５０からの紫外線照射を止め、電子銃２０から電子線を照射する（フローチャートのステップ３）。その後、照射電子線が対物レンズ光軸へと進むように、例えば拘束関数を用いてパラメータの数を減らしながらウイーンフィルタ２５を像が見えるように調整を行い、照射レンズ２１にて試料３０に電子線が平行に照射されるように照射電子線の調整を行う（フローチャートのステップ４）。この際、フローチャートのステップ２にて取得した光電子像と、電子線を照射して取得した像を比較して、照射系の調整を行ってもよい。

　図８は、結像光学系調整の終了後、照射光学系の調整（本例ではセパレータ２５の調整を例示）を行う工程を示すフローチャートである。まず、結像光学系調整時に照射されていた紫外線の照射を停止する（ステップ８０１）。次に、ステップ７１１で作成された関数に則って、ＥとＢを設定する（ステップ８０２）。関数が作成されていない場合には、登録された複数のＥとＢの組み合わせの中から、初期設定のためのＥとＢを読み出す。ＥとＢが設定された状態で、電子銃２０より電子ビームを照射し、当該照射に基づいて得られる検出信号に基づいて、画像を生成する（ステップ８０４）。当該画像にて、調整用パターンの位置を特定し、元の位置（例えばステップ７０５で特定された調整用パターンの位置）との視差を評価する（ステップ８０５）。この視差がゼロ、或いは所定値以下となるように、ステップ８０２～８０５の処理を繰り返すことによって、適正なセパレータの条件を見出すことができる。なお、光電子像と電子顕微鏡像はその見え方が異なり、一般的な２つの画像の相関を評価するパターンマッチング処理のようなずれ検出法では、正確な位置を特定することが困難となる場合には、例えばパターンの重心位置を検出し、そのずれを評価するようにしても良い。重心検出には種々の手段が考えられるが、例えばパターンの輪郭線を抽出し、その距離画像を求めることによって、重心位置を検出することが考えられる。

　関数が作成されていない場合は、複数のＥとＢの組み合わせが記憶されたテーブル等（関数以外のＥとＢの関係情報）を参照することによって、適正なセパレータ条件を読み出す。

　本実施例のように、結像光学系の調整を行った後、試料位置（調整用パターン位置）を動かすことなく、照射光学系の調整を行うことによって、視差判定の基準となるパターン位置変動のない、高精度な調整を行うことが可能となる。

　なお、図８のフローチャートは、調整用パターンの視差評価に基づいて、適切なセパレータ条件を見出す工程を説明するものであるが、シンチレータ３３の電子の到達位置を示す画像を用いて、セパレータ条件を調整するようにしても良い。図９は、カメラ３２の視野９０１内に、電子の投影像９０２（明るさ領域）が表示された状態を示す図である。投影像９０２を用いた調整を行う場合には、図８のステップ８０５にて、投影像９０２の中心９０３と視野９０１の中心９０４との間のずれを評価し、両者が一致する（図９の下図の状態）、或いは所定値以下となるようなＥとＢの組み合わせを図８に例示するような工程を経て探索する（所定の偏向条件を満たす偏向条件を、選択、或いは演算する）。明るさ領域中心と視野中心のずれを評価して、セパレータ調整を行う場合であっても、ステップ７１１で作成された関数に則って、両者の組み合わせを見出すようにすることで、適正な結像光学系条件を維持しつつ、照射光学系の調整を行うことが可能となる。

　また、結像光学系の調整を行う場合に、上述のような視野中心と明るさ領域中心とのずれを評価し、当該ずれ評価に基づいて、関数を生成するようにしても良い。紫外線照射領域は、電子ビームの照射領域に対して大きいため、結像系のレンズを用いて光電子の領域を絞ってシンチレータに投射し、当該投射位置（の中心）が所定の位置（例えば視野中心）に位置付けられる偏向器条件（電界と磁界の組み合わせ条件）を見出すようにすると良い。

　以上のように、照射光学系の調整時に、荷電粒子源から荷電粒子を照射することによって得られる情報（視差情報、重心ずれ情報、投影像と視野中心のずれ情報等）が所定の条件を満たす（ずれがゼロ、或いは所定値以下）偏向信号を選択することによって、適正な結像光学系条件を維持しつつ、照射光学系の調整を行うことが可能となる。

　図４は、ビームセパレータとして用いられるウイーンフィルタ２５の具体的な構成を示す図である。図４は電磁極を４極備えたウイーンフィルタを例示しており、それぞれの電磁極は電極６１とコイル６２により構成されている。本実施例では、４極の電磁極を備えたウィーンフィルタについて説明するが、更なる高精度化のために、８極構成、１２極構成、もしくは任意の多極構成のものを使用してもよい。

　図４ａは、カメラ３２の方向からウイーンフィルタを見た図である。Ｘ－Ｙ平面は結像系光軸１１と直交する平面とし、Ｘ－Ｙ平面中で電子銃の方向（電子線が飛んでくる方向）をＸ軸正方向とする。照射系光軸１０から進んでくる電子線を、試料３０表面の法線方向へ曲げるには、Ｘ軸正方向への電極（６１ｄ）に＋Ｅ、Ｘ軸負方向の電極（６１ｂ）に－Ｅの電圧を印加する。一方、同じ偏向作用を発生させるために、コイル６２に電流を流し、Ｙ軸負方向に磁場Ｂを印加する方法がある。このとき、電位Ｅや磁場Ｂの大きさは、曲げたい角度θと電子線の加速電圧により決定される。また、試料から反転されてきた電子線を直進させるには、例えばＸ軸正方向の電極（６１ｄ）に＋Ｅ、Ｘ軸負方向の電極（６１ｂ）に＋Ｅの電位を印加すると同時に、Ｙ軸負方向に磁場Ｂを印加し、その大きさをバランスさせる必要がある。

　電子銃から放出された電子線をウイーンフィルタにて角度θだけ曲げる条件と、試料直上にて反転された電子線を直進させる条件を同時に満たすには、試料から来た電子線が直進するような大きさのＥに対するＢの組（もしくはその逆）を調べつつ、電子銃から来た電子線が角度θだけ曲がるようなＥとＢの組を見つけるように調整しなければならない。

　紫外線による光電子を用いると、試料から来る電子線のみを対象に調整できるため、まず直進条件をＥに対するＢの拘束関数として求めた後、電子銃から電子線を導入してＢのみをパラメータとして、角度θ曲げるための条件を探索することができる。その際、直進条件を満たすようなＥは、拘束関数を用いてＢから算出することができる。

　図５は、試料に紫外線照射を行い、光電子を発生させた上で、シンチレータ上に光電子の像を結び、その像が動かないようにＥとＢの値を変化させた際のＢに対するＥのグラフである。このグラフを拘束関数として用いることで、直進条件を保ったまま、照射系から来た電子線をθだけ曲げるための調整を可能にすることができる。

　ちなみに、本ビームセパレータ調整の前に、結像レンズ等の調整を行うこともできる。その際、光電子像は結像系調整前より鮮明に見えるため、より高精度なビームセパレータの調整を行うことができる。また、光電子像と、電子銃からの電子線で作ったミラー像を比較することにより、収差の入り込んでいる場所を評価することもできる。
（実施例２）
　本実施例では、収差補正器に入射する前の電子ビーム軌道を包囲する第１のカラム（荷電粒子光学系、或いは鏡体）と、収差補正器から出射した電子ビーム軌道を包囲する第２のカラムを備えた電子顕微鏡について説明する。本実施例では図６に例示するように、ミラー型収差補正器１１０に紫外線を照射するための紫外線光源５０を備えた装置について説明する。ミラー型収差補正器とは、電子光学系に対し、負の収差を発生させ、電子線にのった正の収差を打ち消すことで、収差を低減し、解像度を上げるための装置である。

　図６の中で、電子線は左方向から入射し（入射電子線７０）、右方向へ通過する（通過電子線７１）。ビームセパレータには、磁界セクタ型偏向器２６等を用いることができる。図６に例示する光学系では、磁界セクタ型偏向器２６による電子ビームの偏向先に、ミラー型収差補正器１１０が配置されている。最下部の電極１１０ｃには、電子の加速電圧より僅かに高い負の電位が印加されており、ミラー型収差補正器１１０に垂直に入射した電子線は、下部電極１１０ｃに到達する前に反転させられる。

　入射電子線７０をミラー型収差補正器に対して垂直に入射するように磁界セクタ型偏向器２６で曲げ、かつミラー型収差補正器１１０にて反転してきた電子線を通過電子線７１の光軸に進むように、同時に調整することは難しい。

　そこで、実施例１にて説明した紫外線光源５０を備え、下部電極１１０ｃに向かって紫外線を照射する。紫外線照射に基づいて、ミラー型収差補正器１１０より発生する光電子を、通過電子線７１の光軸へと導くことによって、第２のカラムの調整を選択的に行うことが可能となる。なお、図６では紫外線は、ミラー型収差補正器１１０の理想光軸側方から入射されているが、ミラー型収差補正器１１０の中心を見込むように、ミラー型収差補正器１１０の真上方向から（光軸に沿って）照射しても良い。その際、電子ミラーの上部電極１１０ａ、１１０ｂには当たらないように、紫外線照射領域を制限することが好ましい。

　具体的な軸調整の一例は以下の通りである。まず、下部電極１１０ｃに対して紫外線を照射する。電極から発生した光電子が、通過電子線７１の光軸上に来るように、偏向器の磁界を調整する。次に、紫外線を止めて入射電子線７０を導入し、磁界セクタ型偏向器２６に磁界を導入したうえで、入射電子線７０がミラー型収差補正器１１０に対して垂直に入射するように、アライナ等（図示しない）で調整する。
（実施例３）
　本実施例では、光電子による結像レンズおよびビームセパレータの調整時における試料について記載する。光電子結像の際により電子線の明るさを必要とする場合には、仕事関数の低い金属を使用するのが好ましい。例えば、Ｃａ、Ｋ、Ｎｄ、Ｎａ、Ｂａ、Ｌｉなどは、仕事関数が３ｅＶより低く、長波長の可視光でも光電子による観察が行える。すなわち、様々な波長の光を発する紫外線ランプに対して、光電効果を起こす光子の数が多くなり、光電子の数も多くなり、結果的にコントラストが増す。

　仕事関数の低い金属を、仕事関数の高い物質の上にある一定のパターンにて堆積させた試料も調整時に有効である。これは、仕事関数の低い金属のみ光電効果を起こす波長の光を照射することで、パターンのみから光電子を放出させ、パターン像を結像させることでよりコントラストの高い像で、高精度の調整が可能となる。

　上述のような実施例によれば、二軸以上の電子光学系を持つ電子顕微鏡において、高精度かつ容易に光軸調整を行うことが可能となる。

１０：照射系光軸、１１：結像系光軸、 ２０：電子銃、２１：照射レンズ、２２：結像レンズ、２３：対物レンズ、２４：ビームセパレータ、３０：試料、３１：ステージ、３２：カメラ、３３：シンチレータ、４０：制御装置、４１：電子銃制御装置、４２：画像取得装置、４３：紫外線光源制御装置、５０：紫外線光源

Claims (9)

1. 　荷電粒子源から放出された荷電粒子の通過軌道を包囲する第１の荷電粒子カラムと、当該第１の荷電粒子カラム内を通過した荷電粒子を対象物に向かって偏向する偏向器と、前記対象物に向かって前記荷電粒子を照射することによって得られる荷電粒子が通過する第２の荷電粒子カラムを備えた荷電粒子線装置において、
   　前記対象物に向かって、光を照射する光源と、
   　当該光源から放出された光の照射に応じて発生する荷電粒子の検出に基づいて、或る偏向状態を維持する複数の偏向信号を求め、当該複数の偏向信号から、或いは当該複数の偏向信号から作成される関係情報から、前記荷電粒子源から荷電粒子を照射することによって得られる情報が所定の条件を満たす偏向信号を選択、或いは演算する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 　請求項１において、
   　前記偏向器は、第１の荷電粒子カラム内を通過する荷電粒子を、前記対象物に向かって偏向し、当該対象物上で反射した荷電粒子を前記第２の荷電粒子カラムの光軸に向かって導くように、荷電粒子を偏向することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 　請求項１において、
   　前記偏向器はウイーンフィルタであることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 　請求項３において、
   　前記制御装置は、前記或る偏向状態となる前記ウィーンフィルタの複数の電界と磁界の組み合わせを求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 　請求項４において、
   　前記第２の荷電粒子カラム内に配置される撮像素子を備え、
   　前記制御装置は、前記光の照射に基づいて発生し、前記第２の荷電粒子カラム内を通過して、前記撮像素子に到達する荷電粒子が、所定の位置に到達するように、或いは前記偏向器による偏向を行わない場合に前記撮像素子に投影されるパターン位置と同じ位置となるように、前記複数の電界と磁界の組み合わせを求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 　請求項１において、
   　前記第２の荷電粒子カラム内に配置される撮像素子を備え、
   　前記制御装置は、前記光の照射に基づいて発生し、前記第２の荷電粒子カラム内を通過して、前記撮像素子に到達する荷電粒子が、所定の位置に到達するように、或いは前記偏向器による偏向を行わない場合に前記撮像素子に投影されるパターン位置と同じ位置となるように、前記複数の偏向信号を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 　請求項１において、
   　前記制御装置は、前記荷電粒子源から照射される荷電粒子の照射に基づいて、前記撮像素子に到達する荷電粒子の到達位置が、所定の位置となる前記偏向信号を選択、或いは演算することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 　請求項１において、
   　前記光源は紫外光源であることを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 　荷電粒子源から放出された荷電粒子の通過軌道を包囲する第１の荷電粒子カラムと、当該第１の荷電粒子カラム内を通過した荷電粒子を対象物に向かって偏向する偏向器と、前記対象物に向かって前記荷電粒子を照射することによって得られる荷電粒子が通過する第２の荷電粒子カラムを備えた荷電粒子線装置の調整方法であって、
   　前記対象物に向かって光を照射し、当該光の照射に基づいて検出される荷電粒子の検出に基づいて、或る偏向状態を維持する複数の偏向信号を求め、当該複数の偏向信号から、或いは当該複数の偏向信号から作成される関係情報から、前記荷電粒子源から荷電粒子を照射することによって得られる情報が所定の条件を満たす偏向信号を選択、或いは演算することを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。

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