JP2008181786A

JP2008181786A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2008181786A
Application number: JP2007014909A
Authority: JP
Inventors: Satoru Takada; 哲高田; Hiroyuki Ito; 博之伊藤
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2007-01-25
Filing date: 2007-01-25
Publication date: 2008-08-07
Also published as: US20080283744A1

Abstract

【課題】非点収差、軸外収差、及び、焦点ずれを同時かつ高速に補正することができる荷電粒子線装置を提供する。
【解決手段】本発明の荷電粒子線装置によると、対物レンズと試料の間に、荷電粒子線の軌道上に電場を生成する静電レンズが設けられている。静電レンズは、複数の電極に分割され、各電極には独立に電圧を印加することができる。この電圧を調整することにより、対物レンズの非点収差補正、軸外収差補正、及び、焦点ずれ補正のいずれかを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、目標物へ荷電粒子を照射する走査型荷電粒子線装置に関し、特に、非点収差、軸外収差、焦点ずれ等を補正する技術に関する。

走査型荷電粒子線装置としては、走査電子顕微鏡(SEM：Scanning Electron Microscope)、走査透過電子顕微鏡（STEM：Scanning Transmission Electron Microscope）、イオンビーム加工装置などがある。また、これらを利用した装置としては、走査型トンネル顕微鏡がある。

走査電子顕微鏡では、試料上でプローブとしての電子ビームを走査し、この走査にともなって試料から発生した二次次電子などを検出する。走査透過電子顕微鏡では、試料にプローブとしての電子ビームを走査し、この走査にともなって、試料を透過した電子を検出する。イオンビーム加工装置は、イオンビームを細く絞り、試料面上の望む位置に照射して、試料を加工することができる。また、試料表面をイオンビームで走査することにより、イオン衝突時に発生する二次電子量を検出して表面形状を顕微観察もできる。

例えば、収束イオンビーム装置（FIB：Focused Ion Beam）には走査イオン顕微鏡（SIM：Scanning Ion Microscope）機能がある。走査型トンネル顕微鏡では、試料とプローブとなる探針を極めて短い距離接近させ、両者を相対的に二次元的に走査して、探針に流れる電流を検出し、この検出電流に基づいて像の表示を行う。

荷電粒子線装置では、光学系構成部品の加工誤差や組立誤差により非点収差が生じる。そのため、これを補正する非点収差補正器を備える。また、試料から発生した二次電子などの収率向上を目的として、対物レンズ近傍に静電レンズを設け、電圧を印加することがある。更に、この印加電圧を微小に変動させることで荷電粒子線の焦点補正を高速に行うことができる。

また、特許文献１には、焦点補正機能を用いて、自動的に最適なフォーカスを求める方法が記載されている。対物レンズの励磁電流を鋸歯状に変化させ、各ステップで得られた画像信号の積分値により、最適な励磁電流を導出する。

このような光学系を有する荷電粒子線装置では、対物レンズと静電レンズの軸が一致しないことがある。これにより、非点収差補正器にて非点収差を補正した状態から、対物レンズの励磁電流や静電レンズの印加電圧を変化させると、軸ずれから非点収差が発生する。そこで、例えば、特許文献２に記載されているように、光学条件の変更内容毎に非点収差補正器の励磁電流値を変更し、非点収差の発生を防止する技術が知られている。

また、特許文献３に記載されているように、上記のような光学系に加えて、金属製の反射板を試料と検出器の間に設けることがある。これにより、試料表面から生じる二次電子と反射電子を分離し、それぞれを独立した検出器で捉える。こうして、二次電子にて試料表面の形状情報を、反射電子にて試料凹凸の立体情報を得ることができる。この例では、静電レンズの印加電圧は二次電子と反射電子の分離を制御すると共に、対物レンズを通過する荷電粒子線を加速することで、対物レンズで生じる色収差を低減させる。

特開平５−１１４３７８号公報特開平８−３０６３３１号公報特開２００２−８３５６３号公報

特許文献２の非点収差補正手段では、予め静電レンズの印加電圧毎に求めた補正係数により補正を行い、非点収差の無い観察画像を得ることができる。しかしながら、非点収差補正器のインダクタンスは時定数を有する。そのため、非点収差補正器の応答時間が静電レンズの高速焦点補正の効果を制限する。また、非点収差補正器に対して試料側に偏向器、対物レンズ、静電レンズなどの光学系構成部品が設けられる。そのため、各構成部品で生じる色収差や軸外収差を除去できない。したがって、観察画像の分解能に課題が残る。

この課題を解決するために、対物レンズより試料側に収差補正機を設ける手段が考えられる。しかしながら、特許文献３のような光学系では、対物レンズ近傍に静電レンズ、反射板、反射電子検出用の検出器などが存在するため、収差補正器を設けることは構造上困難である。また、対物レンズより試料側に収差補正器を設けることで、ワーキングディスタンスが長くなることも課題である。

本発明の目的は、非点収差、軸外収差、及び、焦点ずれを同時かつ高速に補正することができる荷電粒子線装置を提供することにある。

本発明の荷電粒子線装置によると、対物レンズと試料の間に、荷電粒子線の軌道上に電場を生成する静電レンズが設けられている。静電レンズは、複数の電極に分割され、各電極には独立に電圧を印加することができる。この電圧を調整することにより、対物レンズの非点収差補正、軸外収差補正、及び、焦点ずれ補正の少なくとも１つを行う。

本発明によれば、非点収差、軸外収差、及び、焦点ずれを同時かつ高速に補正することができる。

図１を参照して、本発明の説明する。本例の走査型電子顕微鏡装置は、電子源（101）、引き出し電極（103）、コンデンサレンズ（104）、二次電子検出器（105）、アライメントレンズ（108）、偏向レンズ（110）、反射板（113）、反射電子検出器（111）、対物レンズ（112）、静電レンズ（114）、制御部（106）、及び、ディスプレイ（109）を有する。

静電レンズ（114）は、制御部（106）からの制御によって電圧を印加することができるように構成されている。静電レンズ（114）に電圧を印加することにより、電子線（102）の軌道に電場を生成する。静電レンズ（114）に印加する電圧を調整することにより、焦点補正機能および収差補正機能を提供する。

本例では、静電レンズ（114）は、対物レンズの磁極として構成されている。即ち、静電レンズ（114）は、対物レンズの磁路を構成し、且つ、電圧を印加することができるように構成されている。

電子源（101）からの電子線（102）は、引き出し電極（103）によって引き出され、コンデンサレンズ（104）により収束され、アライメントレンズ（108）により軸外収差が補正され、偏向レンズ（110）により二次元走査され、対物レンズ（112）によって集束され、試料（116）に照射される。試料（116）から生じた二次電子（107）及び反射電子（115）は反射板（113）により分離される。エネルギが比較的低く、方向性を有さない二次電子（107）は、二次電子検出器（105）によって検出される。エネルギが比較的高く、方向性を有する反射電子（115）は反射電子検出器（111）によって検出される。

二次電子検出器（105）及び反射電子検出器（111）の電子検出体にはシンチレータが用いられる。シンチレータに正の電圧を印加することより、電子は検出器に引き込まれると同時に加速され、シンチレータに衝突する。シンチレータの発光を光電子増倍管にて増幅し、検出器の信号として制御部（106）へ伝送する。制御部（106）では、検出器の信号と偏向レンズ（110）の偏向信号とを同期させ、走査像をディスプレイ（109）に表示する。

静電レンズ（114）に正の電圧を印加することにより、電子線（102）の軌道に電場を生成し、試料（116）から生じた二次電子（107）および反射電子（115）の分離を行う。静電レンズ（114）に正の電圧を印加すると、正の電界が生成され、二次電子（107）および反射電子（115）を垂直上方へと引上げる力が作用する。これにより、二次電子（107）は反射板（113）中央部の穴を抜け、上方に設けられた二次電子検出器（105）へと引き込まれる。反射電子（115）は反射板（113）を衝突し、反射板（113）表面より生じた二次電子（不図示）となって、反射電子検出器（111）へと引き込まれる。

本例の走査型電子顕微鏡装置における収差の補正について説明する。一次電子線（101）が対物レンズ（112）の中心軸線よりずれると、走査像に軸外収差を生じる。そこで、アライメントレンズ（108）を励磁することによって、一次電子線（101）のずれを補正し、軸外収差の発生を防止する。

静電レンズ（114）に正の電圧を印加することにより、一次電子線（101）は加速される。それによって、対物レンズ（112）を通過するときに発生する色収差が低減する。静電レンズ（114）に印加する正の電圧を調整することにより、以下に説明するように、軸外収差、非点収差、焦点ずれを補正する。

本例では、静電レンズ（114）を用いるため、コイルを用いた磁場レンズと異なり、インダクタンスが存在しない。そのため、静電レンズに印加する電圧の制御に高速動作可能な素子を用いることにより、軸外収差、非点収差、焦点ずれの補正を高速に行うことができる。

本例の走査型電子顕微鏡装置には、図示しないが、記憶装置と入力装置が設けられている。記憶装置には、静電レンズ（114）への印加電圧の値と光学条件と軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの関係を示す関数が記憶されている。この関数を求めるには、オペレータは、入力装置を介して、撮像条件毎に、静電レンズ（114）への印加電圧の値を変化させ、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれを計測する。こうして、印加電圧の値に対する、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの関数又はグラフが求められる。

このような関数又はグラフが求められると、オペレータは試料を観察するとき、この関数又はグラフを利用する。撮像条件を入力すると、制御部（106）は、記憶装置から撮像条件を検索し、その撮像条件における関数を読み出す。読み出した関数から、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれが最小となるときの静電レンズ（114）への印加電圧の値を読み出す。こうして読み出された、データに基づいて、印加電圧の補正量が調整される。

制御部（106）は、試料の像から自動的に、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれを検出することができる。収差及び焦点ずれの検出は、周知の画像処理を用いてよい。

図２は本発明における静電レンズ（114）を一次電子線（102）に垂直な面で切断した断面の例を示す。本実施例では、静電レンズ（114）は８個の独立した電極（201）〜（208）に分割されている。上述のように、静電レンズ（114）は対物レンズの磁極によって構成されてよい。この場合、電極の間に絶縁物を挿入してよい。

図２には、黒丸で示すように、収差が無い一次電子線（102）が示されている。従って、一次電子線（102）は、静電レンズ（114）の中心を通り、且つ、円形の断面を有する。各電極（201）〜（208）は、互いに他の電極から電気的に絶縁されており、それぞれ異なる電圧を印加することができる。本例では、８個の電極（201）〜（208）に印加する電圧を、V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈とする。以下に説明するように、これらの電圧を所定の値に設定することにより、一次電子線（102）の様々な収差を補正することができる。

図３を参照して、本発明による一次電子線（102）の収差を補正する方法を示す。図示のように、静電レンズ（114）の断面を通る面上にｘ軸及びｙ軸を設定する。各電極（201）〜（208）の初期電圧をvi（iは電極番号1〜8）とする。各電極（201）〜（208）に印加する電圧は、初期電圧と補正量の和として表される。

図３Ａは、一次電子線（102）の非点収差を補正する例である。非点収差とは、図示のように、一次電子線（102ａ）が、静電レンズ（114）の中心を通り、且つ、楕円形の断面を有する状態をいう。非点収差を無くすには、一次電子線（102）の断面を、長軸に沿った方向に圧縮されるように変形し、短軸に沿った方向に引っ張られるように変形すればよい。そのためには、一次電子線（102）の断面の楕円の長軸に沿った方向に印加する電圧を減少させ、楕円の短軸に沿った方向に印加する電圧を増加すればよい。即ち、第３、第４、第７及び第８の電極に印加する電圧を減少させ、第１、第２、第５及び第６の電極に印加する電圧を増加する。本例では、各電極（201）〜（208）に印加する電圧V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈は、次のような値に設定する。

V₁=v₁+ V_st1
V₂=v₂+ V_st2
V₃=v₃-V_st3
V₄=v₄-V_st4
V₅=v₅+ V_st5 ・・・式(1)
V₆=v₆+ V_st6
V₇=v₇-V_st7
V₈=v₈-V_st8

式(1)の右辺の第１項のv₁〜v₈は初期電圧、第２項V_st1〜V_st8は補正量である。式(1)に示すように、一次電子線（102）の断面の楕円の長軸に沿った方向に印加する電圧V₃、V₄、V₇、V₈は減少し、楕円の短軸に沿った方向に印加する電圧V₁、V₂、V₅、V₆を増加する。それによって、一次電子線（102）の断面は、長軸に沿った方向に圧縮されるように変形し、短軸に沿った方向に引っ張られるように変形する。こうして、一次電子線（102ａ）の非点収差は除去され、静電レンズ（114）の中心を通り、且つ、円形の断面を有する状態になる。

尚、電圧を調整した後でも、一次電子線（102ａ）の中心位置は変化しない。即ち、一次電子線（102ａ）の中心位置は、静電レンズ（114）の中心を通る。そのためには、一次電子線（102）の断面の楕円の長軸の両側に配置された互いに対応する３対の電極の補正量は同一である必要がある。例えば、第１の電極（201）と第６の電極（206）は、楕円の長軸に対して対称的な位置にある。従って、第１の電極（201）に印加する電圧の補正量V_st1と第６の電極（206）に印加する電圧の補正量V_st6は同一である。同様に、第２の電極（202）と第５の電極（205）は、楕円の長軸に対して対称的な位置にある。従って、第２の電極（202）に印加する電圧の補正量V_st2と第５の電極（205）に印加する電圧の補正量V_st5は同一である。同様に、第３の補正量V_st3と第４の補正量V_st4は同一であり、第７の補正量V_st7と第８の補正量V_st8は同一である。

図３Ｂは、一次電子線（102）の軸外収差を補正する例である。軸外収差とは、図示のように、一次電子線（102ａ）が、静電レンズ（114）の中心よりずれた位置を通り、且つ、円形の断面を有する状態をいう。軸外収差を無くすには、一次電子線（102）を、ずれた方向とは逆の方向に移動すればよい。図示の例では、一次電子線（102ａ）は、ｘ軸方向に沿ってずれている。そこで、一次電子線（102ａ）を、x軸方向に沿って、ずれた方向と反対方向に移動させる。本例では、ｘ軸より右側の電極に印加する電圧を増加し、ｘ軸より左側の電極に印加する電圧を減少する。尚、図示のように、ｘ軸の近くの電極（202）（203）（206）（207）に印加する電圧の増減量は、ｘ軸より離れた電極（201）（204）（205）（208）に印加する電圧の増減量より大きくてよい。本例では、各電極（201）〜（208）に印加する電圧V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈は、次のような値に設定する。

V₁=v₁+ kV_ax1
V₂=v₂+ V_ax2
V₃=v₃+ V_ax3
V₄=v₄+ kV_ax4
V₅=v₅-kV_ax5 ・・・式(2)
V₆=v₆-V_ax6
V₇=v₇-V_ax7
V₈=v₈-kV_ax8

式(2)の右辺の第１項のv₁〜v₈は初期電圧、第２項V_ax1〜V_ax8は、補正量である。kは０より大きく１より小さい定数である。本例では、一次電子線（102ａ）を、ｘ軸方向に沿って移動させるため、ｘ軸の上側に配置された電極に印加する電圧の補正量と、ｘ軸の下側に配置された電極に印加する電圧の補正量は等しい。即ち、ｘ軸の両側に配置された互いに対応する３対の電極の補正量は同一である必要がある。例えば、第１の電極（201）と第４の電極（204）は、ｘ軸に対して対称的な位置にある。従って、第１の電極（201）に印加する電圧の補正量V_st1と第４の電極（204）に印加する電圧の補正量V_st4は同一である。同様に、第８の電極（202）と第５の電極（205）は、ｘ軸に対して対称的な位置にある。従って、第８の電極（202）に印加する電圧の補正量V_st8と第５の電極（205）に印加する電圧の補正量V_st5は同一である。

同様に、第２の補正量V_st2と第３の補正量V_st3は同一であり、第６の補正量V_st6と第７の補正量V_st7は同一である。もし、ｘ軸に対して対称的な位置にある電極に印加する電圧の補正量が異なる場合には、一次電子線（102ａ）は、ｙ方向にずれる。

図３Ｃは、一次電子線（102）の焦点を補正する例である。焦点が合っていない場合には、一次電子線（102ａ）の断面は通常の一次電子線（102）の断面とは異なる大きさの円形になる。但し、一次電子線（102）の中心は、静電レンズ（114）の中心にあり、ずれていない。一次電子線（102）の焦点ずれを無くすには、一次電子線（102）の円形の断面の寸法を変化させればよい。そのためには、全ての電極に印加する電圧の補正量を均一に変化させればよい。

本例では、各電極（201）〜（208）に印加する電圧V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈は、次のような値に設定する。

V₁=v₁+ Vf
V₂=v₂+ Vf
V₃=v₃+ Vf
V₄=v₄+ Vf
V₅=v₅+ Vf ・・・式(3)
V₆=v₆+ Vf
V₇=v₇+ Vf
V₈=v₈+ Vf

式(3)の右辺の第１項のv₁〜v₈は初期電圧、第２項Vfは、補正量である。一次電子線（102ａ）の断面を大きくする場合には、補正量Vfを負の値に設定し、一次電子線（102ａ）の断面を小さくする場合には、補正量Vfを正の値に設定する。

式(1)から式(3)に示されているように、補正量は、軸外収差、非点収差、焦点ずれのいずれかを補正するかによって、異なる。例えば、軸外収差がゼロになるときの補正量と非点収差がゼロになるときの補正量は、必ずしも同一ではない。一般には、軸外収差、非点収差及び焦点ずれを、同時にゼロにする補正量は存在しない。しかしながら、実際には、これらの収差は同時に起きる。そこで、非点収差、軸外収差及び焦点ずれを同時に補正する場合には、これらの補正量を加算すればよい。各電極（201）〜（208）に印加する電圧V₁、V₂、V₃、V₄、V₅、V₆、V₇、V₈は、次のような値に設定する。

V₁=v₁+ ΔV₁
V₂=v₂+ ΔV₂
V₃=v₃+ ΔV₃
V₄=v₄+ ΔV₄
V₅=v₅+ ΔV₅ ・・・式(4)
V₆=v₆+ ΔV₆
V₇=v₇+ ΔV₇
V₈=v₈+ ΔV₈

ΔV₁〜ΔV₈は、軸外収差、非点収差、焦点ずれの総和が最小となるときの各電極の補正量である。補正量ΔV₁〜ΔV₈は、軸外収差の補正量、非点収差の補正量、焦点ずれの補正量の総和であってよい。図３の例では、各電極に印加する電圧の補正量は次の式によって表される。

ΔV₁ = + V_st1+ kV_ax1+ Vf
ΔV₂= + V_st2+ V_ax2+ Vf
ΔV₃= -V_st3+V_ax3+ Vf)
ΔV₄=-V_st4+ kV_ax4+ Vf
ΔV₅= + V_st5-kV_ax5+ Vf ・・・式(5)
ΔV₆= + V_st6-V_ax6+ Vf
ΔV₇=-V_st7-V_ax7+ Vf
ΔV₈=-V_st8-kV_ax8+ Vf

上述の例では、電圧の補正量は、１次式によって表される。従って、式(5)に示すように、複数の収差を補正する場合には、各補正量の和である。しかしながら、複数の収差を補正する場合には、高次の収差補正も行った方が、収差を低減できる場合もある。本発明によると、複数の収差を補正する場合、高次の収差補正をしてもよい。

撮像条件が変化すると、初期電圧及び補正量は変化する。また、補正量は、初期電圧によっても変化する。従って、補正量は、撮像条件及び初期電圧の関数でもある。ここで撮像条件には、コンデンサレンズ（104）、偏向レンズ（110）、対物レンズ（112）等への電圧、倍率、走査条件等の光学条件が含まれる。

図４を参照して、本発明において収差の補正方法の手順を説明する。ステップＳ401にて、撮像条件を設定し、静電レンズ（114）の各電極に印加する電圧を初期電圧に設定して画像を取得する。ステップＳ402にて、取得した画像を処理し、ステップＳ403にて、非点収差量、軸外収差量、焦点精度を導出する。ステップＳ404にて、画像取得回数が所定の取得回数に達したかを判定する。未達の場合はステップＳ405にて、画像取得条件、即ち、各電極に印加する電圧の補正量を変更し、再度ステップＳ401へ戻り、画像を取得する。これを繰り返し、画像取得回数が所定の取得回数に達すると、ステップＳ406に進み、静電レンズ（114）の各電極に印加する電圧の補正量と、それぞれ非点収差量、軸外収差量、焦点精度の関数を求める。所定の取得回数は、電圧の補正量と非点収差量、軸外収差量、焦点精度の間の関係が得られるために必要な回数に設定する。これらの情報は、記憶装置に記憶される。即ち、記憶装置には、撮像条件と共に、電圧の補正量と非点収差量、軸外収差量、焦点精度の間の関数が記憶される。

ステップＳ407にて、記憶装置に記憶された関数を読出し、非点収差量、軸外収差量、焦点精度がそれぞれについて最適となるように、各電極に印加する電圧の補正量を決定する。即ち、非点収差量が最小となるときの各電極に印加する電圧の補正量、軸外収差量が最小となるときの各電極に印加する電圧の補正量、所定の焦点ずれが最小となるときの各電極に印加する電圧の補正量、を夫々決定する。更に、式(5)に示したように、非点収差量、軸外収差量、及び、焦点ずれが同時に最小となるときの、静電レンズ（114）の各電極に印加する電圧の補正量を決定する。ステップＳ408にて、画像を取得し、それをディスプレイ(109）に表示する。

尚、ステップＳ401からステップＳ405にて、関数を導出するとき、電圧の補正量を変更したときの画像を、ディスプレイ(109）に表示してもよい。

尚、収差補正や焦点補正は、静電レンズの電圧の調整により行うが、この場合、特許文献１、２の方法などを用いることができる。特許文献１は、対物レンズの励磁電流による自動焦点補正に関する発明であるが、同様のシーケンスを静電レンズの電圧に適用することができる。

図５を参照して、本発明において収差の補正方法の他の例の手順を説明する。本例の収差の補正方法は、図４の補正方法と比べて、ステップＳ406とステップＳ407の間に、ステップＳ411を挿入し、ステップＳ407とステップＳ408の間に、ステップＳ412を挿入した点が異なる。ステップＳ411では、ステップＳ406で導出した関数を、ディスプレイ（109）に表示する。こうして、オペレータは、試料（116）の表面状態を把握することができる。さらに、ステップＳ412では、ステップＳ407にて決定した各電極に印加する電圧の補正量と非点収差量、軸外収差量、及び、焦点ずれの関係をディスプレイ（109）上の関数ウィンドウに表示する。即ち、それによって、オペレータは、収差補正方法の精度を把握することができ、各電極に印加する電圧の補正量を変更する為に有益な情報を得ることができる。

図６を参照して、オペレータがマニュアルで各種調整を行う方法を説明する。ステップＳ421にて、オペレータの操作により、調整モードが選択される。調整モードには、非点収差補正、軸外収差補正、焦点補正のいずれかである。ステップＳ422にて、選択された調整モードを実施する。ステップＳ423にて、オペレータはディスプレイ（109）を見ながら調整操作を行う。ステップＳ424にて、制御部（106）は、オペレータによって調整終了操作が実行されたか否かを判定する。調整終了操作が実行されない場合は、再びステップＳ422へ戻る。これを繰り返し、調整終了操作が実行されたとき、ステップＳ425にて、調整結果を反映した画像を取得し、それをディスプレイ（109）に表示する。

図７を参照して、本発明の走査型電子顕微鏡装置のディスプレイ（109）の表示画面の一例を説明する。尚、図７は本発明を適用した半導体ウェーハ欠陥レビュー用電子顕微鏡装置の画面の例である。画面は大きく分けて、左半分のレビューウィンドウと右半分の電子顕微鏡操作画面から成る。
先ず、レビューウィンドウについて説明する。レビューウィンドウは、レビュー条件を表示するInformation部位（501）と、欠陥レビュー作業の進捗、動作速度、残時間を表示するADR(AutoDefect Review) Progress部位およびADR Throughput部位（502）と、欠陥アライメントの為の低倍画像と、特許文献３の光学系で得られた各画像を表示するImage Display部位（503）と、欠陥分類毎の数量を表示するUserclass Histogram部位（504）と、図５のステップＳ411、及び、ステップＳ412の関数表示ウィンドウであるBeam Parameter部位（506）を含む。

Beam Parameter部位（506）には、非点収差関数と、軸外収差関数と、焦点精度関数を別個に、あるいは同時に表示することができる。表示／非表示の選択は、Beam Parameter部位（506）内の各ボタン（505）を、オペレータ用ＰＣ（非図示）のマウスにてクリックすることにより行う。クリックされたボタンは、縁取りが濃くなる、又は、着色されることにより、オペレータに選択されたことを知らせる。選択された関数は、関数ウィンドウ（507）に表示され、ウィンドウ内の点線により最適値を表示する。関数ウィンドウ（507）に表示される関数は、上述のステップＳ406にて求めたものである。

次に電子顕微鏡操作画面について説明する。電子顕微鏡操作画面は、特許文献３の光学系に備えられた二次電子検出器（105）と、左右の反射電子検出器（111）のうち、画面に表示する画像を選択する検出器選択部位（508）と、画像の倍率表示部位（509）と、電子源（101）の状態表示部位（510）と、検出器選択部位（508）で選択された検出器の画像を表示する画像表示部位（511）と、光学条件をオペレータがマニュアル調整する為のユーザーインタフェースを提供する光学条件操作部位（515）を含む。

検出器選択部位（508）には、各検出器を表すアルファベットが表示されている。Ｓは、二次電子検出器（105）、Ｌは、反射電子検出器（111）の左側、Ｒは、反射電子検出器（111）の右側、である。画像表示部位（511）の表示に用いる検出器の選択、および選択されたボタンの表示は、Beam Parameterウィンドウのボタン（505）と同様である。

また、光学条件操作部位（511）には、操作する光学条件を分類したグループの名称を示したタグが設けられている。各タグ内の項目を操作することで、光学条件をマニュアル調整することができる。

一例として、静電レンズの電圧を調整する場合（Boosterタグ）を説明する。Boosterタグ内には、調整内容の選択ボタン（512）が設けられ、それぞれ軸外収差の調整用ボタン（Axis Align.）、非点収差調整用ボタン（Stigma）、焦点調整用ボタン（Focus）となっている。選択されたボタンの表示処理は、検出器選択部位（508）と同様である。オペレータによって調整内容が選択されると、下部のパラメータ補正バー（516）が静電レンズ（114）の印加電圧の制御値と接続される。この状態で、Ｘ／Ｙの増減ボタン（513）をクリックしたり、調整バー（514）をドラッグして左右に移動したりすることで、２軸のマニュアル調整を行うことができる。さらに、Auto Align.ボタン（517）を押すことで、オペレータの任意により自動調整シーケンスを行い、最適な光学条件を得ることができる。

以上、ディスプレイ（109）の表示画面の一例を示したが、説明中のウィンドウ配置、ボタンやバーを用いた選択された項目の表示方法等は他の方法を制約するものではない。例えば、ウィンドウの配置をオペレータの任意により変更することが可能である。また、ボタンの縁取りを濃くする代わりに、プルダウンメニューやラジオボタンを用いて選択された項目を表示することも可能である。

本発明は、生物、材料、半導体集積回路などの観察および加工を行う走査型荷電粒子線を利用する走査型顕微鏡、電子線描画装置、イオンビーム装置および類似装置に利用できる。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者によって容易に理解されよう。

本発明による走査型電子顕微鏡装置の構造の一例を説明する図である。本発明による静電レンズの水平断面の一例を説明する図である。本発明による収差の補正を行うときに、静電レンズの電極に印加する電圧と電子線の形状を説明する図である。本発明による収差の補正方法の例の手順を示す図である。本発明による収差の補正方法の他の例の手順を示す図である。本発明によるオペレータがマニュアルで収差を補正する方法を説明する図である。本発明による半導体ウェーハ欠陥レビュー用電子顕微鏡装置の画面の例を説明する図である。

符号の説明

101・・・電子源、102・・・電子線、103・・・引き出し電極、104・・・コンデンサレンズ、105・・・二次電子検出器、106・・・制御部、107・・・二次電子、108・・・アライメントレンズ、109・・・ディスプレイ、110・・・偏向レンズ、111・・・反射電子検出器、112・・・対物レンズ、113・・・反射板、114・・・静電レンズ、115・・・反射電子、116・・・試料、201・・・電極、501・・・Information部位、502・・・ADR Throughput部位、503・・・Image Display部位、504・・・Userclass Histogram部位、505・・・ボタン、506・・・Beam Parameter部位、507・・・関数ウィンドウ、508・・・検出器選択部位、509・・・倍率表示部位、510・・・電子源の状態表示部位、511・・・画像表示部位、512・・・調整内容の選択ボタン、513・・・増減ボタン、514・・・調整バー、515・・・光学条件操作部位、516・・・パラメータ補正バー、517・・・Auto Align.ボタン

Claims

荷電粒子線を試料上に照射する照射レンズと、荷電粒子線を走査するための偏向レンズと、試料から生じた二次粒子および反射粒子を検出する検出器と、荷電粒子線を収束する対物レンズと、荷電粒子線の軌道上に電場を生成する静電レンズと、を備え、前記静電レンズは、複数の電極を含み、前記複数の電極への印加電圧は各々独立に制御されるように構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１の荷電粒子線装置において、前記静電レンズは、前記対物レンズの磁極によって構成されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１の荷電粒子線装置において、前記印加電圧の値を調整することにより、前記荷電粒子線の軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つを補正することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１の荷電粒子線装置において、前記印加電圧は初期電圧と補正量の和として表され、該補正量を増減させることにより前記印加電圧が調整されることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１の荷電粒子線装置において、前記印加電圧の値と前記荷電粒子線の軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの間の関数を記憶する記憶装置を設け、試料の撮像条件が与えられたとき、前記記憶装置に記憶された関数から、前記荷電粒子線の軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つが最小となるように、前記複数の電極への印加電圧を得ることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項５の荷電粒子線装置において、試料の像を表示する表示装置が設けられ、該表示装置には、撮像条件を入力するフィールドと、該撮像条件において上記関数のグラフを表示するフィールドを有する画面が表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項５の荷電粒子線装置において、前記表示装置に表示された画面には、前記荷電粒子線の軸外収差、非点収差、又は、焦点ずれを最小化するために前記印加電圧の値を変化させるためのボタン又はスライドバーが表示されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
電子線を試料上に照射する照射レンズと、電子線を走査するための偏向レンズと、試料から生じた二次電子および反射電子を検出する検出器と、電子線を収束する対物レンズと、前記対物レンズと試料の間に配置され電子線の軌道上に電場を生成する静電レンズと、前記試料の像を表示する表示装置と、オペレータからの命令を入力する入力装置と、前記レンズを制御するデータを記憶する記憶装置と、前記レンズの電圧を調整する制御装置と、を備え、前記静電レンズは複数の電極を含み、前記制御装置は、前記複数の電極の各々への印加電圧の値を調整することにより、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つを補正することを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項８の走査電子顕微鏡装置において、前記静電レンズは、前記対物レンズの磁極によって構成されていることを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項８の走査電子顕微鏡装置において、前記印加電圧は初期電圧と補正量の和として表され、該補正量を増減させることにより前記印加電圧が調整されることを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項８の走査電子顕微鏡装置において、前記記憶装置には、前記印加電圧の値と前記荷電粒子線の軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの間の関数が記憶されており、前記入力装置を介して撮像条件が与えられたとき、前記制御装置は、前記記憶装置に記憶された関数から前記荷電粒子線の軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つが最小となるように前記複数の電極への印加電圧の値を読出すことを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項８の走査電子顕微鏡装置において、前記制御装置は、前記複数の電極への印加電圧の値を変化させたとき、前記試料の像から軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つを検出することによって、前記複数の電極への印加電圧の値と、前記軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つの間の関係を表す関数を導き出し、それを前記記憶装置に格納することを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項１２の走査電子顕微鏡装置において、前記制御装置は、画像処理によって、前記試料の像から軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つを検出することを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項８の走査電子顕微鏡装置において、前記表示装置は、試料の像と共に、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つと、前記複数の電極への印加電圧の値とを表示する画面を表示することを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項１４の走査電子顕微鏡装置において、前記表示装置に表示される画面は、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれを調整するためのタブ形式のウィンドウを有し、オペレータは、軸外収差を補正する場合には、軸外収差補正用のウィンドウ、非点収差を補正する場合には、非点収差補正用のウィンドウ、焦点ずれを補正する場合には、焦点ずれ補正用のウィンドウを選択することができるように構成されていることを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
請求項１５の走査電子顕微鏡装置において、前記各ウィンドウには、補正用のボタン又はバーが表示され、オペレータが該ボタン又はバーを操作することによって、前記複数の電極への印加電圧の値が調整されることを特徴とする走査電子顕微鏡装置。
照射レンズによって電子線を試料上に照射するステップと、偏向レンズによって電子線を走査するステップと、試料から生じた二次電子および反射電子を検出するステップと、対物レンズによって電子線を収束するステップと、前記対物レンズと試料の間に配置された複数の電極を含む静電レンズによって電子線の軌道上に電場を生成するステップと、前記静電レンズの複数の電極への印加電圧の各々を独立に制御することによって、荷電粒子線の軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの少なくとも１つを補正するステップと、を含むことを特徴とする走査電子顕微鏡装置の制御方法。
請求項１７に記載の走査電子顕微鏡装置の制御方法において、前記静電レンズは、前記対物レンズの磁極によって構成されていることを特徴とする走査電子顕微鏡装置の制御方法。
請求項１７に記載の走査電子顕微鏡装置の制御方法において、前記複数の電極への印加電圧の値と前記軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれの間の関係を表す関数を求めるステップと、を有し、前記補正するステップは、撮像条件が与えられたとき、前記関数より前記静電レンズの複数の電極への印加電圧の値を求めることを特徴とする走査電子顕微鏡装置の制御方法。
請求項１７に記載の走査電子顕微鏡装置の制御方法において、表示装置に、軸外収差、非点収差、及び、焦点ずれを調整するためのタブ形式のウィンドウを有する画面を表示するステップと、を有し、オペレータは、軸外収差を補正する場合には、軸外収差補正用のウィンドウ、非点収差を補正する場合には、非点収差補正用のウィンドウ、焦点ずれを補正する場合には、焦点ずれ補正用のウィンドウを選択することができるように構成されていることを特徴とする走査電子顕微鏡装置の制御方法。