JP2003022771A

JP2003022771A - 荷電粒子線装置

Info

Publication number: JP2003022771A
Application number: JP2001208674A
Authority: JP
Inventors: Satoshi Yamaguchi; 山口　　聡; Yasuhiko Ozawa; 康彦小沢; 淳 ▲高▼根; Atsushi Takane; Mitsugi Sato; 佐藤　　貢
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-07-10
Filing date: 2001-07-10
Publication date: 2003-01-24
Anticipated expiration: 2021-07-10
Also published as: JP4298938B2

Abstract

(57)【要約】【課題】荷電粒子線の状態が変化しても、容易に光軸の
調整を可能とする荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置
の調整方法を提供する。【解決手段】本発明は、対物レンズ等に対して軸調整を
行うアライメント偏向器の偏向量を演算する演算手段を
備え、当該演算手段には前記偏向量を演算するための複
数の演算法が記憶され、当該演算法を選択する選択手段
を備えたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は荷電粒子線装置に係
り、特に、荷電粒子光学系の光軸のずれを補正して、高
分解能像を安定に得るのに好適な荷電粒子線装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】走査電子顕微鏡に代表される荷電粒子線
装置では、細く収束された荷電粒子線を試料上で走査し
て試料から所望の情報（例えば試料像）を得る。このよ
うな荷電粒子線装置では、レンズに対し光軸にずれがあ
るとレンズ収差が発生し試料像の解像度が低下するた
め、分解能の高い試料像を得るためには高精度な軸調整
が必要である。そのため従来の軸調整では対物レンズの
励磁電流等を周期的に変化させ、そのときの動きを最小
とするように軸調整用の偏向器（アライナー）の動作条
件を手動で調整していた。また、このような調整を自動
で行うための技術として特開２０００−１９５４５３号
公報に開示の技術がある。この記載によれば対物レンズ
の２つの励磁条件間で変化する電子線照射位置の推移に
基づいて、アライメントコイルの励磁設定値を変更する
技術が開示されている。更に特開2000−３３１６３７号
公報には、異なる光学条件で得られた２つの電子顕微鏡
画像から両者の位置ずれ検出に基づいて焦点補正を行う
技術が開示されている。

【０００３】また、荷電粒子線の非点補正を行う非点補
正器の中心からずれていると、非点収差の調整を行う際
に視野が動き、調整が困難になる。そのため、非点収差
補正器の動作に連動して荷電粒子の試料上での位置を制
御する別のアライナー（偏向器）を設け、非点収差補正
器の設定値（非点補正器）の変化に対する像の動きをキ
ャンセルして、非点収差の調整時に観察像が動かないよ
うに視野補正している。このとき、視野ずれ補正用のア
ライナーには非点収差補正器の設定値に比例した信号が
入力されるが、この比例係数は非点収差の調整時に像の
動きがキャンセルされるように決めなければならない。
この調整を行うには、非点収差補正器の設定値（電流な
ど）を周期的に変化させて、このときの像の動きが最小
となる比例係数を見つける作業を行っていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように光軸の調
整を手動で行うには、経験に裏打ちされた技術が必要で
あり、オペレータによって調整精度がばらついたり、調
整に時間を要することがある。また上記自動化による調
整も、光学条件により変化する調整用パラメータをその
光学条件毎に記憶しておく必要があり、光学条件を替え
て観察しようとする場合、その都度登録作業が必要であ
る。また仮に同じ光学条件で使用する場合であっても光
軸の経時変化によって、登録したパラメータに基づく調
整が困難になるという問題がある。またオペレータは軸
がずれていることに気が付かずに劣化した試料像に基づ
いて観察等を行う可能性もある。

【０００５】本発明の目的は、光学条件を変更した場合
や光軸の経時変化によって荷電粒子線の状態が変化して
も、容易に光軸の調整を可能とすると共に、光軸の調整
の自動化を実現するのに好適な荷電粒子線装置の提供に
ある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出される荷電
粒子線を調節する光学素子と、当該光学素子に対して軸
調整を行うアライメント偏向器を備えた荷電粒子線装置
において、前記アライメント偏向器の偏向量を演算する
演算手段を備え、当該演算手段には前記偏向量を演算す
るための複数の演算法が記憶され、当該演算法を選択す
る選択手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置を
提供する。

【０００７】このような構成によれば、荷電粒子線の光
学条件に関わらず、精度の高い軸調整を自動で実行する
ことが可能となる。なお、本発明の他の構成について
は、発明の実施の形態の欄にて詳細に説明する。

【０００８】

【発明の実施の形態】以下、図面を用いて本発明の実施
の形態を説明する。

【０００９】図１は、本発明の一例である走査電子顕微
鏡の概略構成図である。陰極１と第一陽極２の間には、
コンピュータ４０で制御される高圧制御電源２０により
電圧が印加され、所定のエミッション電流で一次電子線
４が陰極１から引き出される。陰極１と第二陽極３の間
には、コンピュータ４０で制御される高圧制御電源２０
により加速電圧が印加され、陰極１から放出された一次
電子線４が加速されて後段のレンズ系に進行する。一次
電子線４は、レンズ制御電源２１で制御された収束レン
ズ５で収束され、絞り板８で一次電子線の不要な領域が
除去された後に、レンズ制御電源２２で制御された収束
レンズ６、および対物レンズ制御電源２３で制御された
対物レンズ７により試料１０に微小スポットとして収束
される。対物レンズ７は、インレンズ方式，アウトレン
ズ方式、およびシュノーケル方式（セミインレンズ方
式）など、種々の形態をとることができる。また、試料
に負の電圧を印加して一次電子線を減速させるリターデ
ィング方式も可能である。さらに、各々のレンズは、複
数の電極で構成される静電型レンズで構成してもよい。

【００１０】一次電子線４は、走査コイル９で試料１０
上を二次元的に走査される。一次電子線の照射で試料１
０から発生した二次電子等の二次信号１２は、対物レン
ズ７の上部に進行した後、二次信号分離用直交電磁界
（ＥＸＢ）発生器１１により、一次電子と分離されて二
次信号検出器１３に検出される。二次信号検出器１３で
検出された信号は、信号増幅器１４で増幅された後、画
像メモリ２５に転送されて像表示装置２６に試料像とし
て表示される。

【００１１】走査コイル９の近傍もしくは同じ位置に１
段の偏向コイル５１（対物レンズ用アライナー）が配置
されており、対物レンズに対するアライナーとして動作
する。また、対物レンズと絞り板との間には、Ｘおよび
Ｙ方向の非点を補正するための８極の非点補正コイル５
２（非点補正器）が配置される。非点補正コイルの近
傍、もしくは同じ位置には非点補正コイルの軸ずれを補
正するアライナー５３が配置される。

【００１２】像表示装置２６には、試料像のほかに電子
光学系の設定や走査条件の設定を行う種々の操作ボタン
の他、軸条件の確認や自動軸合わせの開始を指示するボ
タンを表示させることができる。

【００１３】一次電子線が対物レンズの中心からずれた
位置を通過した状態（軸がずれた状態）でフォーカス調
整を行うと、フォーカス調整に伴い視野の動きが生じ
る。オペレータが軸ずれに気が付いた場合、表示装置に
表示された処理開始ボタンをマウスでクリックするなど
の操作により軸合わせ処理の開始を指示することができ
る。オペレータから軸合わせの指令を受けると、コンピ
ュータ４０は、以下の実施例で説明するようなフローに
沿って処理を開始する。

【００１４】なお、図１の説明は制御プロセッサ部が走
査電子顕微鏡と一体、或いはそれに準ずるものとして説
明したが、無論それに限られることはなく、走査電子顕
微鏡鏡体とは別に設けられた制御プロセッサで以下に説
明するような処理を行っても良い。その際には二次信号
検出器１３で検出される検出信号を制御プロセッサに伝
達したり、制御プロセッサから走査電子顕微鏡のレンズ
や偏向器等に信号を伝達する伝達媒体と、当該伝達媒体
経由で伝達される信号を入出力する入出力端子が必要と
なる。また、以下に説明する処理を行うプログラムを記
憶媒体に登録しておき、画像メモリを有し走査電子顕微
鏡に必要な信号を供給する制御プロセッサで、当該プロ
グラムを実行するようにしても良い。

【００１５】試料１０はステージ１５にセットされる。
コンピュータ４０からの制御信号によってステージ１５
が移動することにより試料上またはステージ上の任意の
位置に移動することができる。またステージ上にはビー
ム調整を行うための専用パターン１６を配置することが
できる。

【００１６】画像表示装置２６と入力装置（マウスやキ
ーボードなど）４２によって予め自動運転の条件を設定
することが可能である。自動運転の条件は記憶装置４１
にレシピファイルとして保存される。レシピファイルに
は自動軸調整を実行するための条件も含まれる。

【００１７】（実施例１）図２の処理フローについて、
以下に詳細に説明する。

【００１８】第１ステップ：対物レンズ７の現在の条
件、あるいは、現在の条件に基づいて決められる（例え
ば、現在のフォーカス条件からフォーカスを少しずらし
た条件）を条件１として対物レンズ７に設定する。次
に、アライナー５１の現在の条件、あるいは、予め決め
られた条件をアライナー５１の条件１として設定する。
この対物レンズ条件１とアライナー条件１で画像１を取
得する。

【００１９】第２ステップ：アライナー５１の条件をそ
のままにして、対物レンズの条件のみを対物レンズ条件
１に対して予め決められた値だけフォーカスのずれた第
２のフォーカス条件を設定して画像２を取得する。

【００２０】第３ステップ，第４ステップ：アライナー
５１の条件を条件１に対して予め決められた値だけずら
した条件を条件２として、これをアライナー５１に設定
する。そして、対物レンズの条件をステップ１とステッ
プ２と同様に条件１、および条件２として、それぞれの
画像（画像３，画像４）を取得する。

【００２１】第５ステップ：画像１と同条件で再度画像
を取得し、これを画像５として登録する。

【００２２】第６ステップ：画像１と画像２の視差（画
像のずれ）を画像処理により検出し、これを視差１とし
て登録する。画像間の視差は、例えば、画像１と画像２
の画像を互いに画素単位でずらしながら画像相関を求
め、画像相関値が最大になる画像のずらし量から検出す
ることが可能である。その他、視差の検出が可能な画像
処理ならば、本実施例に適用が可能である。

【００２３】第７ステップ：画像１と画像２の視差を画
像処理により検出して、これを視差２として登録する。

【００２４】第８ステップ：画像１と画像５の視差を画
像処理により検出して、これを視差３として登録する。
画像１と画像５とは同一条件で取得したものであるか
ら、これらの画像間にずれ（視差３）があれば、このず
れは試料やビームのドリフトによって作られたものであ
る。即ち、荷電粒子線の光学条件を或る状態（第１の状
態）とし、次に光学条件を他の状態（第２の状態）とし
た後、再度第１の状態とするときに、上記２つの第１の
状態でそれぞれ試料像を検出し、両者間のずれに基づい
てドリフトを算出している。

【００２５】第９ステップ：視差３からドリフト成分を
検出して、視差１と視差２に対してドリフト成分を補正
（除去）する。例えば、画像１と画像５の取り込み間隔
がｔ秒であれば、単位時間（秒）当たりのドリフト
（ｄ）は、ｄ＝（視差３）／ｔで表される。一方、画像
１と２，画像３と４の取り込み間隔がＴ１２，Ｔ３４と
すれば、視差１と視差２には、それぞれ、ｄ×Ｔ１２、
およびｄ×Ｔ３４のドリフト成分が含まれていることに
なるため、視差１，視差２からドリフト成分を差し引く
ことで、軸ずれに起因した正確な視差を算出することが
できる。

【００２６】第１０ステップ，第１１ステップ：ドリフ
ト補正された視差１と視差２からアライナー５１の最適
値を計算して、アライナーに設定する。

【００２７】図２の処理フローは、動作の理解が容易な
手順で記載したが、最初と最後の画像（ドリフト補正
用）を除けば、画像の取り込み順番は処理に影響を与え
ない。実際の処理では、処理の高速化を図るために、例
えば、対物レンズ条件７を条件１にして、画像１と画像
３とを連続して取り込み、次に、対物レンズ条件７を条
件２にして、画像２と画像４とを連続して取り込むこと
が可能である。電子顕微鏡の対物レンズは、通常磁界レ
ンズで構成され、インダクタンスが大きいため、インダ
クタンスが小さく高速制御が可能なアライナーを連続制
御する方法が実用上有効となる。

【００２８】図２の処理フローで対物レンズに対する軸
ずれが補正（修正）される原理を、図３により説明す
る。軸がずれた状態において、アライナー５１の位置
(偏向面)でのビーム離軸量をＷＡＬ（複素変数：ＸＡＬ
＋ｊ・ＹＡＬ，ｊ：虚数単位）、この位置で光軸に対す
るビームの傾きをＷＡＬ′（複素変数）とすると、電子
光学理論（近軸理論）に基づく軌道計算が可能である。
磁界形対物レンズの場合、レンズ電流値をＩ１からＩ２
へとΔＩ（＝Ｉ１−Ｉ２）だけ変化させたときに生じる
像ずれ量（視差）をΔＷｉ（複素変数：ΔＸｉ＋ｊ・Δ
Ｙｉ）とすると、軌道計算により、ΔＷｉは次のように
表すことができる。

【００２９】

【数１】 ΔＷｉ＝Ｋ・ΔＩ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ）（１）ここで、Ｋ，Ａ，Ｂは、測定の際の軸ずれ状態と、対物
レンズの動作条件（加速電圧や対物レンズの焦点距離、
あるいは対物レンズの物点位置など）で決まるパラメー
タ（複素数）である。対物レンズに対して軸がずれた状
態とは、式(１)においてΔＷｉが０以外の値を持つこと
を意味する。したがって、従来は、対物レンズの電流を
ΔＩだけ周期的に変化させて、このときの像ずれΔＷｉ
をオペレータが認識し、像ずれを無くすようにアライナ
ーの条件を調整していた。すなわち、軸ずれが補正され
るアライナーの最適値とは、式（１）の右辺がΔＩによ
らず０となる条件を指している。この条件を書き出す
と、

【００３０】

【数２】（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ′・Ｂ）＝０（２）となり、この条件を満たすアライナーの動作条件が最適
値となる。軸ずれがあるとアライナー偏向面では入射ビ
ームの傾きも伴うため、これをＷＡＬ０′とし、アライ
ナーによる偏向角（制御値）をＷＡＬ１′とすると

【００３１】

【数３】ＷＡＬ′＝ＷＡＬ０′＋ＷＡＬ１′ （３）で表される。よって、式（２）を満たすアライナーの条
件ＷＡＬ１′（アライナーの最適値）を求めることが軸
調整機能の目的となる。アライナーを電磁コイルで構成
する場合には、偏向角ＷＡＬ１′はアライナーのコイル
電流に比例する。以上の関係から式（１）を書き直す
と、

【００３２】

【数４】 ΔＷｉ＝ΔＩ・（Ａ１＋ＷＡＬ１′・Ｂ１）（４）が得られる。ここで、Ａ１，Ｂ１は以下の項をまとめた
ものである。

【００３３】

【数５】Ａ１＝Ｋ・（ＷＡＬ・Ａ＋ＷＡＬ０′・Ｂ）（５）

【００３４】

【数６】Ｂ１＝Ｋ・Ｂ（６）式（４）より、アライナーの最適値ＷＡＬ１′は

【００３５】

【数７】ＷＡＬ１′＝−Ａ１／Ｂ１（７）で与えられるため、Ａ１とＢ１を求めることにより、ア
ライナーの最適値を計算することができる。式（４）に
おいて、ΔＩは対物レンズの電流変化量であるから、既
知の値として予め決めることができる。したがって、ア
ライナーを予め定めた任意の２条件に設定し、その各々
においてΔＩに対する視差ΔＷｉを画像処理により検出
すると、式（４）より未知数Ａ１，Ｂ１を求めるための
方程式が得られる。この方程式からＡ１，Ｂ１を解くこ
とができるため、アライナーの最適条件を式（７）から
決定することができる。

【００３６】即ち、アライナーを予め定めた任意の２条
件に設定したときに得られる視差ΔＷｉが小さくなる
（理想的にはゼロとなる）ような条件でＡ，Ｂのような
未知数のｎ次方程式を解くことによって、電子光学系の
動作条件に依存しない条件を導き出すことができる。こ
の条件に基づいてアライナー条件（アライナーの励磁条
件）を導き出すことができる。なお、アライナー５１
は、少なくとも対物レンズ主面におけるビーム通過位置
を二次元的に制御可能な配置、あるいは構造を有してい
る。仮に、アライナーによるビームの偏向支点が対物レ
ンズ主面近傍に存在すると、対物レンズに対する軸ずれ
の状態が制御できなくなるためである。即ち本発明実施
例のように電磁コイルを用いたアライメント偏向器（ア
ライナー）の場合、光学条件によって変化するコイルへ
の励磁電流（偏向信号）を検出することが可能になる。
例えば対物レンズの励磁条件の変化や、試料に印加する
リターディング電圧の大きさによって、変化する励磁電
流を、観察時の光学条件に基づいて検出することができ
るので、光学条件ごとに異なるパラメータを登録してお
く必要がなくなり、また経時変化により、ビームの条件
が変化したとしても、その変化した状態における適正な
アライメントコイルへの励磁電流を検出することが可能
になる。

【００３７】このように本発明実施例によれば、変化す
る軸ずれの状態や荷電粒子光学系の光学素子の動作条件
（例えば、ビームエネルギーや焦点距離，光学倍率な
ど）に対応が可能であり、軸調整の自動化を容易に実現
することが可能になる。

【００３８】なお、軸ずれの大きさは、ΔＩに対する視
差ΔＷｉの大きさで定量化することができる。したがっ
て、例えば、試料交換や電子光学系の条件変更など、軸
ずれが発生する可能性を伴う操作を行ったときに、ΔＩ
による視差ΔＷｉを検出する処理を実行すれば、軸ずれ
を未然に検出することができる。さらに、ΔＷｉがある
所定の値を超えると、オペレータに軸調整が必要である
ことを伝えるメッセージを表示することができる。図５
に、軸ずれを検出したときのメッセージ画面の一例を示
す。オペレータは、このメッセージに従って、必要とな
れば、入力手段により軸調整処理を実行させることがで
きる。入力手段は、例えば、メッセージ画面（例えば、
図５）に表示されたアイコンやモニタに表示された他の
専用アイコンをマウスでクリックしたり、あるいは、メ
ニュー画面から処理コマンドを指定するなど、種々の形
態をとることができる。

【００３９】（実施例２）一方、非点補正器５２につい
ても、本実施例では自動軸調整が可能である。非点補正
器では、光軸と直交する面内において、ビームを収束さ
せる作用とビームを発散させる作用とが方向を異にして
発生する。したがって、ビームが非点補正場の中心を通
過していないと、非点補正場中心からのずれに対応した
方向に偏向作用を受けることになる。このとき、非点収
差の補正に連動して偏向作用も変化するため、非点収差
の調整操作に連動して像が移動し、調整操作が困難にな
る。これを補正するために、従来は、非点補正器５２の
信号（Ｘｓｔｇ，Ｙｓｔｇ）に連動した信号を別のアラ
イナー５３に入力して、アライナー５３で発生する像の
動きでもって非点補正器による像の動きをキャンセルす
るようにしている。このとき、アライナー５３に入力す
る信号（複素変数）をＷｓ１とすると、Ｗｓ１は次の式
で表される。

【００４０】

【数８】Ｗｓ１＝Ｋｓｘ・Ｘｓｔｇ＋Ｋｓｙ・Ｙｓｔｇ（８）ここで、Ｋｓｘ，Ｋｓｙは複素変数で表される係数であ
る。いま、非点補正器の信号（Ｘｓｔｇ，Ｙｓｔｇ）を
それぞれΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇだけ別々に変化させた
とすると、各々の変化に対応する観察像の動き（視差）
ΔＷｉｘ，ΔＷｉｙは、それぞれ次のようになる。

【００４１】

【数９】 ΔＷｉｘ＝ΔＸｓｔｇ・（Ａｓｘ＋Ｂｘ・Ｋｓｘ）（９）

【００４２】

【数１０】 ΔＷｉｙ＝ΔＹｓｔｇ・（Ａｓｙ＋Ｂｙ・Ｋｓｙ）（１０）ここで、Ａｓｘ，Ａｓｙは、非点補正器に対するビーム
の軸ずれに対応してその値が決まる複素変数である。Ｋ
ｓｘ，Ｋｓｙは、装置で制御する軸調整パラメータ（複
素変数）を表す。また、Ｂｘ，Ｂｙは、アライナーの位
置や偏向感度，電子光学系の条件などで決まる複素変数
である。従来は、非点補正器にそれぞれΔＸｓｔｇ，Δ
Ｙｓｔｇの変調信号を加えて、そのときの像の動き（Δ
Ｗｉｘ，ΔＷｉｙ）をオペレータが認識し、これを無く
すようにパラメータＫｓｘ，Ｋsyの手動調整が行われて
いた。

【００４３】これが、非点補正器に対する軸調整操作で
ある。すなわち、非点補正器に対して軸を合わせる操作
は、式（９）、および式（１０）において、ΔＸｓｔ
ｇ，ΔＹｓｔｇによらずΔＷｉｘ，ΔＷｉｙが０となる
係数Ｋｓｘ，Ｋｓｙを求めることに対応する。なお、Δ
Ｗｉｘ，ΔＷｉｙはゼロになることが理想であるが、そ
れには限られずゼロに近くなるようにΔＷを小さくする
ような条件で係数を求めるようにしても良い。式（９）
および式（１０）の形式は、先に示した式(４)と全く同
じであり、対物レンズの電流値変化（ΔＩ）を非点補正
器の信号変化（ΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇ）に置き換えれ
ば、視差検出とその演算処理によりアライナー５３に対
する最適制御パラメータ（Ｋｓｘ，Ｋｓｙ）を求めるこ
とができる。このための処理フローを図４に示す。非点
補正器による視野ずれを補正するアライナーは、試料上
におけるビームの位置を補正するためのものであるか
ら、試料上での位置が制御できる位置に配置されなけれ
ばならない。

【００４４】非点補正器に対する軸ずれの大きさは、非
点補正器の信号にΔＸｓｔｇ，ΔＹｓｔｇの変化を与え
たときの像ずれ（視差）により定量化できる。そのた
め、本実施例では、先に示した対物レンズに対する軸ず
れの場合と同様、光軸の状態が変化する可能性のある操
作（加速電圧の変化や試料交換，フォーカス位置の変更
など）を行ったときに、視差検出を行い、オペレータに
軸ずれの状態を表示して知らせることができる。オペレ
ータは、この表示に従い、必要となれば、画面上に表示
した入力手段により、非点補正器の軸合わせ処理の実行
を指示することができる。入力手段は、例えば、モニタ
に表示された専用のアイコンをマウスでクリックした
り、あるいは、メニュー画面から処理を指定するなど、
種々の形態をとることができる。

【００４５】本発明の形態では、オペレータが不適切な
画像の状態（フォーカスが著しくずれた状態や構造情報
がほとんど含まれない画像の状態）で、誤って軸調整処
理を指示した場合に、処理の誤動作を防止することがで
きる。この機能の説明を図６の処理フローにより説明す
る。軸ずれの検出処理、あるいは、軸調整処理の開始が
指示された場合、ＣＰＵ４０は、まず、現状の画像を取
り込み、取り込んだ画像の定量化（画質定量化）処理を
実行する。この定量化手段による処理は、画像に視差検
出に必要な構造情報があるかどうかを定量化するもので
ある。この処理の出力としては、例えば、画像をフーリ
エ変換し、この結果から次の式で計算される定量値Ｆｉ
を用いることができる。

【００４６】

【数１１】Ｆｉ＝ΣΣ［Ｆ（ｆｘ，ｆｙ）・ｆｘⁿ・ｆｙⁿ］（１１）ここで、Ｆ（ｆｘ，ｆｙ）は画像の二次元フーリエ変換
（ＦＦＴ）を表し、ｆｘ，ｆｙは空間周波数を表す。指
数ｎとして１以上の実数や整数を用いることにより、画
質の適切な定量化が可能になる。すなわち、画像に構造
情報がないと、ｆｘ，ｆｙが０より大きい領域でＦ（ｆ
ｘ，ｆｙ）が非常に小さい値になるため、式（１１）の
計算結果から、画質に適切な構造情報があるか否かの判
断が可能である。この定量値Ｆｉが予め決定された所定
値以下、或いは未満の場合、アライメント信号演算に適
さないという判断によって、警報を発生するようにする
と良い。この警報は図５に示すような表示によるものや
音によるものであっても良い。

【００４７】（実施例３）図７は、本発明の第３の実施
例を説明するための図であり、像表示装置に表示される
自動軸ずれ補正の環境を設定するための設定画面を示す
図である。走査電子顕微鏡の操作者はこの画面から自動
軸調の環境を設定する。本実施例の場合は、設定画面上
で、ポインティングデバイス６０によって設定する例に
ついて説明する。まず、オペレータはアパーチャアライ
メントを自動的に実行するか否かを判断し、“視差検出
に基づく補正”，“既定値補正”又は“しない”のいず
れかを選択する。“視差検出に基づく補正”は、実施例
１で説明したステップで軸ずれ補正を行うモードであ
る。このモードを選択すれば一次電子線の経時変化によ
らず長時間安定した軸補正精度を得ることができる。
“既定値補正”は、対物レンズの励磁条件や試料と対物
レンズ間の距離（ワーキングディスタンス等の複数の光
学条件）毎に発生する軸ずれを図示しないメモリに予め
登録しておき、所定の光学条件が設定されたとき、登録
された軸調整条件で軸調を行うようにするモードであ
る。このモードは例えば経時的な軸ずれの変化が発生し
ないような場合や、光学条件を変化させてもほぼ同様の
軸ずれが認められる場合に選択すると良い。この設定で
は既定値に基づいて補正を行うため、軸調整条件の検
出、演算時間を必要とせず処理時間の向上が可能であ
る。“しない”は軸調整を行わないモードであり、軸ず
れが起きないような環境で選択することが望ましい。

【００４８】以上のように、環境設定画面により複数の
補正モードを選択できるようにしておけば、走査電子顕
微鏡の使用条件や環境等に基づいて、適正な補正条件を
選択することが可能になる。

【００４９】次にオペレータは自動軸調タイミングを選
択する。この選択は例えば軸ずれの頻度が高いような場
合は、軸調の精度を考慮して“分析点毎”を設定し、測
定個所毎に軸ずれ補正を行い、軸ずれがあまり発生しな
いようであれば、スループットを考慮して“ウェハ毎”
を選択し、走査電子顕微鏡による測定対象であるウェハ
を交換するたびに軸ずれ補正を行うと良い。このような
選択肢を設けることで、走査電子顕微鏡の使用条件や環
境等に基づいて、適正な軸ずれ補正タイミングを選択す
ることが可能になる。また“所定値を超えたとき”を選
択すると、分析点毎或いはウェハ毎に対物レンズ電流変
化量ΔＩに対する視差ΔＷｉを検出し、ΔＷｉが所定の
値を超えたときに“視差検出に基づく補正”が行われ
る。ほかに“ユーザー設定”を選択すると予め別途登録
された軸調タイミングで軸調が行われる。

【００５０】次にオペレータは補正量グラフを登録する
か、しないかを選択する。ここでいう補正量グラフとは
図８（ａ）に示すような形で像表示装置に表示される。
実施例１に示す技術では最終的に非点補正器用アライナ
ー５３へのコイル電流を算出しているが、このコイル電
流と補正前のコイル電流の大きさの違いは光軸からビー
ムがどれだけずれていたかを表すものであり、この程度
をプロットしグラフ化することで、軸ずれの程度の推移
を判断することができる。もしこの軸ずれの推移がほぼ
一定値を示すようであれば、その後の軸ずれの状態も同
様であるとの判断のもとに、先の“既定値補正”に切り
替えることで、“視差検出に基づく補正”に要する軸調
整条件の検出時間，演算時間を削除でき、スループット
を向上させることができる。このようなグラフを表示す
ることで、オペレータに、適切な自動軸調を行うための
判断を委ねることができ、適正な軸調条件を設定するこ
とができる。

【００５１】図８（ｂ）に示すグラフは、図８（ａ）の
補正量グラフに重畳して、半導体パターン幅の測長結果
を表示した例である。半導体パターン幅の測長は、測長
対象パターンがある半導体デバイス上に電子線を一次元
的、或いは二次元的に走査して得られる二次電子や反射
電子の検出量に基づいて形成されるラインプロファイル
の幅を測ることで行われる。このようにして得られる対
象パターンの測長結果と、設計情報に基づくパターン寸
法の誤差を図８（ａ）に示す補正量グラフに重畳してプ
ロットしている。

【００５２】図８（ｂ）において、ａと記した個所は、
視差ΔＷｉが或る定められた範囲を超えたため、或いは
視差検出に必要な構造情報がなかったため（実施例２で
説明した定量値Ｆｉが、或る値以下或いは未満の場
合）、“視差検出に基づく補正”を行わない条件で測長
を行った個所である。この部分は補正量がゼロの場合と
区別できるように、色を変える等、他の部分と識別して
表示することが望ましい。以下の説明では視差ΔＷｉが
定められた範囲を超えたときは“視差検出に基づく補
正”を行わずに測長を実行する場合について説明する
が、これに限られず前述したようにオペレータに軸調整
等を促すための警報を発生し自動測長を停止したりして
も良い。なお、“視差検出に基づく補正”を行わなかっ
たにも関わらず測長を続行する場合、得られた測長値が
誤っている恐れがある。このような場合、後に目視で測
長が正しく行われたか否かの確認をすべく、測長値と併
せて測長の際に得られた試料像，ラインプロファイル、
或いは電子顕微鏡の光学条件のうち少なくとも１つを記
憶しておくと良い。オペレータはこれらの情報と共に得
られた測長結果とを照らし合わせることで、測長の信頼
度を判断することができる。

【００５３】次にオペレータは視差ΔＷｉが或る定めら
れた範囲を超えているとき、或いは設定値Ｆｉが或る値
以下或いは未満の場合に、どのような処理を行うかを選
択する。“測長停止”を選択すると自動的かつ連続的に
実行されている測長が停止状態となり、電子線は図示し
ないブランキング機構で試料に照射されないようにブラ
ンキングされ待機状態となる。このとき像表示画面に、
図５に示すようなメッセージを表示しても良い。この中
で単なる“続行”は“視差検出に基づく補正”を行わな
いでそのまま測長を行うモードである。“試料像登録の
上続行”は先に説明したように“視差検出に基づく補
正”を行わないで得られた試料像等を測長結果と共に登
録しておくモードである。“既定値補正に切替”は“視
差検出に基づく補正”ができない場合であって軸ずれの
状況がある程度判明している場合等に有効である。この
モードでは予め登録された補正量に基づいて軸ずれが行
われる。また測長を行わないで次の測頂点にスキップす
るようにしても良い。これまで説明してきた環境設定画
面は当然スティグマアライメント用に適用することも可
能である。

【００５４】なお、本実施例で説明した自動軸調が適正
に行われているか否かを判定するために、“視差検出に
基づく補正”を行うのに供される少なくとも４枚の試料
像を像表示画面にリアルタイムで表示するようにしても
良い。また上記説明では対物レンズと非点補正器に対す
る軸調を行うことについて説明したが、これに限られる
ことはなくアライメント偏向器を用いて光軸調整を行う
必要のある荷電粒子線の光学素子全般に適用可能であ
る。更に本発明は電子顕微鏡だけではなく、収束イオン
ビームや軸対称レンズシステムを用いて荷電粒子線を収
束させる全ての荷電粒子線装置に適用が可能である。ま
た、アライナー用偏向器として、静電偏向器を用いるよ
うにしても良い。

【００５５】（実施例４）次に、特に半導体ウェハ上の
パターンの幅やコンタクトホールの寸法を測定する走査
電子顕微鏡や、半導体ウェハ上の欠陥の存在を検査した
り、検出された欠陥をレビューしたりする走査電子顕微
鏡のような、多くの試料が連続的に導入され、自動化が
特に望まれる装置で、電子線を調整する光学素子（対物
レンズや非点補正器）に対する軸調整を行うのに好適な
実施例について説明する。

【００５６】図９と図１０は本実施例を説明するための
フローチャートであり、予め、記憶装置４０に記憶され
たプログラム、或いは入力装置４２から入力される命令
に従って実行される。図９に示すフローチャートと、図
２や図４に示すフローチャートの違いは、図２や図４に
示すフローチャートでは、軸調整手法が一定であるのに
対し、図９に示すフローチャートでは、状況に応じて軸
調整の手法が変化する点にある。

【００５７】ステップ２００１では、調整アライナー
（対物レンズ用アライナー５１、又は非点補正用アライ
ナー５３）の初期値（例えば現在の条件１）Ａ０を取得
しコンピュータ４０に記憶する。ステップ２００２で
は、像移動（実施例１〜３で言うところの視差）Ｗ１を
計算する。像移動量の計算は、後述するステップ３００
１〜３００６で行われる。ステップ２００３では、予め
与えられたフラグによってηを再計算するかどうか判定
する。ここで言うηとは後述するように本実施例におい
て求められるべき未知数である。再計算する場合にはス
テップ２００４〜Ｓ２００６を実行する。しない場合は
像移動Ｗ２＝０とし、予め与えられる値をηに設定した
後、ステップ２０１１を実行する。Ｓ２００４では、コ
ンピュータ４０に記憶したアライナーの初期値Ａ０に対
してずらし量ΔＡ１をずらした条件（条件２）をアライ
ナーに設定する。Ｓ２００５では、ステップ３００１〜
3006の処理フローに従って像移動Ｗ２を計算する。

【００５８】次にステップ２００６では、コンピュータ
４０に記憶した像移動Ｗ１と像移動Ｗ２を用いてηを式
（１２）から計算する。

【００５９】

【数１２】 η＝−１／（Ｗ２−Ｗ１）（１２）ステップ２００７では予め与えられたフラグによってε
を再計算するかどうかを判定する。ここで言うεとは後
述するように本実施例において求められるべき装置固有
の定数である。再計算する場合はステップ２００８〜２
０１０を実行する。しない場合は像移動Ｗ３＝０とし、
予め与えられる値をεに設定した後、ステップ２０１１
を実行する。ステップ２００８ではコンピュータ４０に
記憶したアライナーの初期値Ａ０に対してずらし量ΔＡ
２をずらした条件（上述の条件１，条件２と異なる条件
３）をアライナーに設定する。ステップ２００９では、
ステップ３００１〜３００６の処理フローにより像移動
Ｗ３を計算する。

【００６０】ステップ２０１０では、コンピュータ４０
に記憶した像移動Ｗ１，像移動Ｗ２、及び像移動Ｗ３を
用いて式（１３）からεを計算する。

【００６１】

【数１３】 ε＝（Ｗ３−Ｗ２）／（Ｗ２−Ｗ１）（１３）そしてステップ２０１１では、像移動Ｗ１，η，ε、及
び｜ΔＡ１｜より、式（１４）に従って、アライメント
補正値Ｘ，Ｙを計算し、アライナーにアライメント補正
値Ｘ，Ｙを設定する。

【００６２】

【数１４】Ｘ＋ｊε・Ｙ＝｜ΔＡ１｜・η・Ｗ１（１４）ステップ２０１２では、アライメント補正値（即ち実際
の軸ずれ量）の絶対値（Ｘ・Ｘ＋Ｙ・Ｙ）が予め定めた
しきい値以上、或いはそれより大きい場合、リトライ処
理（ステップ２００１〜２０１２）を行う。リトライ処
理は初期の調整が大きく外れている状態で画像を取り込
んでずれ検出した場合のずれ校正精度を補うものであ
る。このように複数回補正を繰り返すことで、ずれをよ
り精度良く補正することができる。

【００６３】次に、像移動の計算ステップについて図１
０を用いて説明する。ステップ3001では、調整対象コイ
ル（対物レンズ７または非点補正器５２）の初期値（例
えば現在の条件）Ｃ０を取得し、コンピュータ４０に記
憶する。ステップ３００２では、調整対象コイルの初期
値Ｃ０に対して予め定めた値ΔＣをずらした条件（条件
１として）を調整対象コイルに設定する。ステップ３０
０３では、条件１において画像１を取得し、画像メモリ
２５に保存する。ステップ３００４では、調整対象コイ
ルの初期値Ｃ０に対して予め定められた−ΔＣをずらし
た条件（条件２として）調整対象コイルに設定する。

【００６４】ステップ３００６では、画像１と画像２か
ら画像処理装置２７で像移動Ｗを計算し、コンピュータ
４０に記憶する。像移動Ｗは（ｘ，ｙ）のベクトルであ
り、画像１と画像２のずれ量である。ずれ量の計算は画
像１の部分画像をテンプレートとして画像２ともっとも
類似した位置を式（１５）によって計算する。

【００６５】

【数１５】

【００６６】ｒ（Ｘ，Ｙ）は（Ｘ，Ｙ）における相関値
であり、Ｐ_ijは画像１の画像２に対応する点（Ｘ＋_i，
Ｙ＋_j）における濃度値であり、Ｍ_ijは点(Ｘ＋_i+1，Ｙ
＋_j+1)における濃度値、Ｎはパターンマスクの画素数で
ある。求めるずれ量は画像１の部分画像位置から（Ｘ，
Ｙ）を引いた値となる。この方法はパターンを選ばない
ため自由度が高い。

【００６７】また、像移動を計算するための他の手法と
して以下のようなものが考えられる。像移動を計算する
ための画像が特定の形状を含んでいる場合（例えばホー
ルパターンが画像内に含まれている場合）、次のような
方法で画像１及び画像２におけるパターンの位置を検出
し、ずれ量を検出することができる。

【００６８】まず、画像１を微分フィルタによって微分
し、エッジが残るようにしきい値を設定して２値画面を
作成する。この２値画面に対してセグメント処理を施し
パターンを形成するエッジのみを抽出する。抽出したエ
ッジ情報からパターンの重心（ｘ１，ｙ１）を計算す
る。同様の処理を画像２にも施し、パターン重心（ｘ
２，ｙ２）を計算する。求められるずれ量はＷ（ｘ２−
ｘ１，ｙ２−ｙ１）となる。この手法はもとの形状が円
であるパターンが電子光学条件を変更したことで楕円と
して検出されても、重心位置は殆ど変化がないためパタ
ーンの変形に強いというメリットがある。

【００６９】ここで説明した処理フローは、制御値が異
なるだけで対物レンズ用アライナー５１および非点補正
器用アライナー５３（Ｘ方向，Ｙ方向）で同じフローに
なる。またεはＸ，Ｙ方向に配置された感度差や直交ず
れに関する装置固有の定数である。そこで装置立ち上げ
時や定期的に求めておいた値を記憶装置４１に保存して
おく。保存した値は本処理フローが実行される前にコン
ピュータ４０に読み込んでおくことで、ステップ２００
８〜２０１０を省くことができる。また電子光学条件の
変更がなく比較的短い周期で軸調整を行う場合、ηは前
回計算した値をコンピュータ４０に保存しておき、その
値をηとして使用することができる。

【００７０】以上説明したように、本実施例では光学条
件を変化させることで得られる６枚の画像を用いて、ε
とηのような所定の変数を再計算するモード（以下３点
計測モードとする）、光学条件を変化させて得られる４
枚の画像に基づいてηのみを再計算するモード（以下２
点計測モードとする）、εとηを再計算しないモード
（以下１点計測モードとする）を状況に応じて使い分け
ている点に特徴がある。３点計測モードでは高い軸調整
精度を得ることができ、一方１点計測モードの場合は２
枚の画像で足り、処理速度の高速化を実現できる。この
ように各モード毎に固有の効果があるため、例えば以下
のように各モードを使い分けることが望ましい。

【００７１】３点計測モードは、例えば半導体検査装置
の装置立ち上げ時に行い、その際にεを計算しておく。
２点計測モードは１日１回、または半導体製造装置の装
置条件を大きく変更するレシピ変更の際に実行し、εは
記憶装置４１から読み込んで使用する。１点計測モード
は検査対象である半導体ウェハの測定点毎に実行し、ε
は記憶装置４１からηはコンピュータ４０からそれぞれ
読み込んで実行する。ここで説明した例は無論例示に過
ぎず、装置の種類や測定条件などに応じて変更可能であ
ることは言うまでもない。

【００７２】なお、ずらし量ΔＡは像移動を検出するた
めに試料画像を使用するため、次のような２条件を満足
する必要がある。（１）試料パターンが移動したことが
認識できる程度ずらし量を大きくしなければならない。
（２）試料パターンが予め画面から外れない程度ずらし
量を小さくしなければならない。（１）（２）の条件は
試料パターンの幾何学的位置が分かれば、決めることが
できる。即ちずらし量ΔＡは試料パターンの幾何学的配
置と観察倍率から決定される。このΔＡは例えば高倍率
のときには小さく、低倍率のときには大きく設定される
ような自動シーケンスを設けることで決定しても良く、
入力装置４２から自動的に入力するようにしても良い。

【００７３】本発明実施例によれば、得られた試料像に
基づいて荷電粒子光学系の軸調整を行う装置において、
上記したような演算手段と、複数の軸調整手法（複数の
演算法）の選択手段を設けることで、高い軸調整精度
と、処理速度の高速化の両立を実現することが可能にな
る。このような技術効果は、複数の測定点を持つ半導体
ウェハが連続的に導入され、連続的に自動運転を行うが
故に経時的に光学条件が変化する可能性があり、更にレ
シピの変更によって光学条件が変化するような半導体検
査装置には特に有効であり、適正な軸調整法をその都度
割り当てることができる。

【００７４】なお、本実施例で採用したηというパラメ
ータは、アライメントコイルを動作させたときの像移動
量（方向を含む）がどう変化するかを表し、アライメン
ト偏向感度を含むパラメータである。但し、単純なアラ
イメントの偏向感度のみではなく、電子光学系の動作条
件によっても変化するものである。

【００７５】本実施例では、先の実施例で説明した
（１）の基本式を以下のように変換し、ηというパラメ
ータに置き換えている。先の実施例で説明したアライメ
ントコイル部での電子線軌道の傾きには軸ずれによるも
の（ＷＡＬ０′）とアライメントコイルの現在の設定値
による偏向（ＷＡＬ１′）の両方が含まれる。さらに、
アライメントコイルの現在の設定値に対して変化させる
量（設定変化量）に対するビームの傾きを（ＷＡＬ
２′）とすると、

【００７６】

【数１６】ＷＡＬ′＝ＷＡＬ０′＋ＷＡＬ１′＋ＷＡＬ２′ （１６）となる。

【００７７】式（１６）で制御に必要なパラメータはＷ
ＡＬ２′であるため、他の項を全て定数として式（１）
を表すと、

【００７８】

【数１７】 ΔＷ＝ΔＩ・Ｋ・（Ａ１＋Ｂ１・ＷＡＬ２′）（１７）となる。ここで、ΔＩ・Ｋ・Ａ１で与えられる像移動量
は、現在のアライメント設定値の条件で生じる像移動量
に対応する。

【００７９】一方、アライメントコイルのＤＡＣ値
（Ｘ，Ｙ）とＷＡＬ２′の関係は以下のように書ける。

【００８０】

【数１８】ＷＡＬ２′＝ｋ・（Ｘ＋ｊε・Ｙ）（１８）ここで、ｋはアライメントコイルＸの感度を表す係数で
あり、εはＸに対するＹの複素相対感度（εの絶対値が
感度比、ａｒｇ（ε）が直交度ずれ）を表す。式（１
８）を式（１７）に代入して、無意味な係数をひとつに
まとめて表現すると、対物レンズ電流を変化したときの
像移動量ΔＷは、

【００８１】

【数１９】 ΔＷ＝Ａ２＋Ｂ２・（Ｘ＋ｊεＹ）（１９）と書くことができる。

【００８２】電流中心軸の条件は、ΔＷ＝０であるた
め、これを満たすアライメント値は、

【００８３】

【数２０】

【００８４】で計算される。よって、像移動量からＡ２
とＢ２が導かれれば、式（１７）より電流中心軸が得ら
れるアライメント制御値（Ｘ、Ｙ）を計算することがで
きる。Ａ１とＢ２を計算するために、式（１７）におい
てＸ＝Ｙ＝０としたときの像移動量Ｗ１とＸ＝Ｘ１≠
０，Ｙ＝０としたときの像移動量Ｗ２を検出する。すな
わち、

【００８５】

【数２１】Ｗ１＝Ａ２（２１）

【００８６】

【数２２】Ｗ２＝Ａ２＋Ｂ２Ｘ１（２２）これより、式（２０）は、

【００８７】

【数２３】

【００８８】となる。

【００８９】本実施例では、式（２３）の−１／（Ｗ２
−Ｗ１）の項をηと定義している。ηは書き直すと、

【００９０】

【数２４】

【００９１】となる。

【００９２】（実施例５）図１１は、全自動軸調整の実
施例を説明するための図である。本実施例における全自
動軸調整とは、予め定められたタイミングでステージ１
５を駆動し、電子ビーム直下に調整用のパターン１６を
位置付け、パターン情報から倍率や撮像を設定した後、
例えば非点補正用アライナー５３のＸ方向を調節し、そ
の上で非点補正用アライナー５３のＹ方向を調節し、対
物レンズ用アライナー５１を調節するという一連の動作
を含む制御を自動的に行うことである。なお、非点補正
用アライナー５３と対物レンズ用アライナー５１の調整
順序は、電子光学系内のレンズの配置によって決定され
る。図１に示すような電子光学系の場合、対物レンズ用
アライナー５１による調整を行った後、非点補正用アラ
イナー５３で軸調整を行うと、対物レンズに対する光軸
が再度ずれてしまう場合があるので、陰極から見てより
近くに位置する光学素子から順に調整することが望まし
い。逆に陰極から見て対物レンズ，非点補正器の順にレ
ンズが配置されている電子光学系の場合は、対物レンズ
用アライナー，非点補正器用アライナーの順で調整する
ことが望ましい。

【００９３】なお、本実施例の説明では試料とは別の調
整用のパターンを設けているが、それに限られず、観察
対象である試料１０（半導体ウェハなど）上の特定パタ
ーンを用いて軸調整を行っても良い。

【００９４】全自動軸調整の処理フローの詳細を図１１
と、図１２の自動軸調整条件設定画面５００を用いて説
明する。図１２は自動運転の条件が登録されているレシ
ピファイルの１つの条件を設定する画面として像表示装
置２６に表示される。ユーザーはこの画面において自動
軸調整条件を設定し自動運転を開始する。以下自動運転
実行時の全自動軸調の処理フローについて説明する。

【００９５】図１１のステップ４００１では、予め記憶
装置４１に登録されているパターン情報を読み出し、倍
率からずらし量を計算する。また先の実施例で説明した
計測モードに基づいて、必要に応じてεとηを初期化し
ておく。軸調整に供されるパターン情報は、調整用パタ
ーンフラグ５０２、又はウェハパターンフラグ５０３を
選択することで、ステージ上の調整パターン１６または
ウェハ上のパターンの何れを用いるか決定する。ウェハ
パターンフラグ５０３が選択されている場合、併せてパ
ターンのステージ座標，試料像取得倍率，試料像を取得
する際のフレーム数を、それぞれ数値入力ウィンドウ５
０４，５０５，５０６から入力する。調整用パターンフ
ラグ５０２を選択した場合は、予め記憶装置４１に保存
してあるステージ座標，倍率，フレーム数がそれぞれの
数値入力ウィンドウに設定される。なおステップ４００
１で設定するフレーム数とは、パターンの像を形成する
ための走査像の積算回数である。本実施例では１６枚の
試料像を積算することで、１枚のパターンの像を得る。

【００９６】ステップ４００２では、パターン情報から
ステージ座標５０４を取り出しパターン位置へ移動す
る。ステージ上の調整用パターンフラグ５０２が選択さ
れている場合、軸調整用パターン１６が電子ビーム直下
に位置付けられるようにステージを移動する。この移動
の際に数値入力ウィンドウ５０５から入力された倍率に
従って、走査コイル制御電源２４から走査コイル９に供
される電流値が設定される。

【００９７】ステップ４００３では、自動焦点調節実行
フラグ５０１のＯＮ／ＯＦＦを判定し、ＯＮの場合は自
動焦点合わせを実行する。Ｓ４００４では数値入力ウィ
ンドウ５０６から入力されているフレーム数分の画像を
積算して試料像を形成する。ステップ４００５では、非
点補正アライナー（Ｘ方向）調整フラグ５０７にＯＮの
指示が出ていれば、非点補正用アライナー(Ｘ方向)の調
整（ステップ２００１〜２０１２，ステップ３００１〜
３００６）を実行する。ステップ４００６では、非点補
正用アライナー（Ｙ方向）調整フラグ（５０８）にＯＮ
の指示が出ていれば、非点補正用アライナー（Ｙ方向）
の調整（ステップ２００１〜２０１２，ステップ３００
１〜３００６）を実行する。この調整において、ずれ量
の検出が失敗し、且つ自動焦点調節実行フラグ５０１が
ＯＦＦなら、焦点合わせを行った上でもう一度試行す
る。

【００９８】ステップ４００７では、対物レンズ用アラ
イナー調整フラグ５０９がＯＮならば、対物レンズ用ア
ライナーの調整（ステップ２００１〜２０１２，ステッ
プ３００１〜３００６）を実行する。ステップ４００８
では、３点計測モードのフラグ５１１ａが選択されてい
る場合は、εを記憶装置４１に保存し、ηをコンピュー
タ４０に保存する。２点計測モードのフラグ５１１ｂま
たは１点計測モードのフラグ５１１ｃが選択されている
場合は、ηをコンピュータ４０に保存する。

【００９９】なお、本実施例では予め定められたフラグ
によって、各計測モードを選択しているが、例えばステ
ップ２００２で算出された像移動Ｗ１の状況によって、
いずれのモードで軸調整を行うかを決定する（例えば像
移動Ｗ１が大きい場合は、多くの画像に基づく演算を行
う）ようにしても良い。また像の移動だけではなく２つ
の像の比較によって得られる他の情報から、モードの選
択を行うようにしても良い。このようにオペレータの指
示だけではなく、自動的にどの計測モードを使用するか
を選択するようにしても良い。即ち本発明の演算法を選
択する選択手段は、先の実施例で説明したようなオペレ
ータが予め設定するようなものだけではなく、画像の評
価に基づいてずれ量を算出するための演算法を自動的に
変化させるようなものであっても良い。ステップ４００
９では、自動非点合わせのフラグ５１０がＯＮになって
いる場合に、自動非点合わせを行う。

【０１００】自動運転において自動軸調を実行する場
合、通常全てのフラグ（５０１，507,５０８，５０９，
５１０）をＯＮにして実行する。所定のパターン位置に
移動すると試料の高さが、移動前に合わせた焦点の位置
からずれる場合がある。このずれた状態で軸調整を行う
と、焦点の合わない、ぼやけた像内のパターンで像ずれ
を検出することになるので軸調整精度が悪くなるが、本
実施例のようにオートフォーカスを行った後に、像ずれ
を検出することでこの問題を解消することができる。

【０１０１】また、非点補正アライナー（Ｘ，Ｙ方向）
及び対物レンズ用アライナーの３つの軸調整は、本来熟
練したオペレータでない限り、どのアライナーがずれて
いるのか判定が難しい。そのため手動で軸調整をする場
合であっても、ほとんど全ての軸調整を行う場合が殆ど
である。本発明実施例によれば、焦点調整（オートフ
ォーカス）、非点補正器に対する軸調整（第１のアラ
イメント偏向器による軸調整）、対物レンズに対する
軸調整（第２のアライメント偏向器による軸調整）、
非点補正、という最も適切な順番で自動的に光学調整を
行うように制御しているため、高精度に且つ高スループ
ットに軸調整を実行できる。

【０１０２】また図１２のように、実際の光学系の調整
順序にレシピの設定項目を並べておけば、電子光学系の
中で行われる実際の調整をイメージしつつレシピ設定す
ることができるので、設定が容易になるという効果があ
る。

【０１０３】更に先の実施例と本実施例で説明した各計
測モードで用いられる画像を、リアルタイム或いは画像
メモリ２５に一旦記憶させた後、画像表示装置２６に表
示するようにすれば、軸調整が適正に行われているか否
かを目視で確認することができる。例えば明らかに焦点
がずれた状態で軸調整を行った場合、画像表示装置２６
には焦点のずれた、ぼやけた像が表示されるので、オペ
レータはその状況を見て、軸調整処理の信頼性を判断す
ることが可能になる。

【０１０４】（実施例６）図１３は、本発明の第６の実
施例を説明するための図であり、自動軸調整実行後の自
動非点合わせの概略処理フローである。処理は３つの大
きなステップ（第１ステップ：ステップ６００１〜６０
０３，第２ステップ：ステップ６００４〜６００６，第
３ステップ：ステップ６００７〜６００９）に分けられ
る。第１ステップでは対物レンズの正焦点位置を設定す
る。第２ステップは非点補正器（Ｘ方向）の最適値を設
定する。第３ステップは非点補正器（Ｙ方向）の最適値
を設定する。

【０１０５】ステップ６００１では、対物レンズ制御値
の初期値Ｒ０を、現在の値Ｒと定められた幅ΔＲで決定
する、初期値はＲ０＝Ｒ−ΔＲ／２で求められる。ステ
ップ６００２では、対物レンズ制御値の初期値Ｒ０から
予め定められた幅ｄＲずつ増加させながら画像を取り込
む。ｄＲはｄＲ＝ΔＲ／Ｎで求められ、Ｎは評価点数で
ある。取り込んだ画像は画像処理装置２７に転送し評価
値を計算する。評価値は０°方向，９０°方向，４５°
方向，１３５°方向の４方向で信号量（例えば微分画像
の総和）を求める、以上の処理をＲ０からＲ０＋ΔＲま
で実行する。

【０１０６】ステップ６００３では、４方向それぞれＮ
点計算される評価値から、各方向において最大となる対
物レンズの制御値を求めるこの４つの制御値の平均を最
適値として対物レンズに設定する。ステップ６００４で
は非点補正器（Ｘ方向）の制御値の初期値Ｓ０を、現在
の値Ｓと予め定められた幅ΔＳで決定する。初期値は、
Ｓ０＝Ｓ−ΔＳ／２で求められる。ステップ６００５で
は、非点補正器（Ｘ方向）の制御値の初期値Ｓ０から予
め定められた幅ｄＳずつ増加させながら画像を取り込
む。ｄＳはｄＳ＝ΔＳ／Ｎで求められ、Ｎは評価点数で
ある。取り込んだ画像は画像処理装置２７に転送し評価
値を計算する。評価値は画像全体の信号量（例えば微分
画像の総和）を求める。以上の処理をＳ０からＳ０＋Δ
Ｓまで実行する。

【０１０７】ステップ６００６では、Ｎ点分計算された
評価値のうち、評価値が最大となる制御値を最適値とし
て非点補正器（Ｘ方向）に設定する。ステップ６００７
〜６００９では、非点補正器（Ｙ方向）について、ステ
ップ６００４〜６００６と同等の処理を行う。

【０１０８】本方式によると、第１ステップで非点を含
んだ像に対して、正しい焦点位置を検出することが可能
となり、正焦点位置を設定した像で自動非点合わせが実
行できる。逆に第２ステップ，第３ステップの後に第１
ステップを実行すると正焦点位置にない像で非点合わせ
を行うことになり、最適な非点補正値を求めることが難
しくなる。

【０１０９】

【発明の効果】本発明によれば、荷電粒子線装置の光学
条件に因らず精度の高い軸調整を行うことが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成
図。

【図２】対物レンズに対する軸ずれを補正するための概
略処理フロー。

【図３】対物レンズに対する軸ずれを補正する原理図。

【図４】非点補正器に対する軸ずれを補正するための概
略処理フロー。

【図５】軸ずれを検出したときのメッセージの一例。

【図６】画質判定処理を加えた軸ずれ検出処理の一例。

【図７】自動軸ずれ補正の環境を設定するための設定画
面を示す図。

【図８】補正量グラフの表示例を示す図。

【図９】軸ずれを補正するための概略処理フロー。

【図１０】像ずれを検出するための処理フロー。

【図１１】自動運転実行時の概略処理フロー。

【図１２】自動運転実行時の自動軸ずれ補正の環境を設
定するための設定画面。

【図１３】自動非点合せの概略処理フロー。

【符号の説明】

１…陰極、２…第一陽極、３…第二陽極、４…一次電子
線、５…第一収束レンズ、６…第二収束レンズ、７…対
物レンズ、８…絞り板、９…走査コイル、１０…試料、
１１…二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器、１
２…二次信号、１３…二次信号用検出器、１４ａ…信号
増幅器、１５…ステージ、１６…軸調整用パターン、２
０…高圧制御電源、２１…第一収束レンズ制御電源、２
２…第二収束レンズ制御電源、２３…対物レンズ制御電
源、２４…走査コイル制御電源、２５…画像メモリ、２
６…画像表示装置、２７…画像処理装置、３１…対物レ
ンズ用アライナー制御電源、３２…非点補正器用制御電
源、３３…非点補正器用アライナー制御電源、４０…コ
ンピュータ、４１…記憶装置、４２…入力装置、５１…
対物レンズ用アライナー、５２…非点補正器、５３…非
点補正器用アライナー。

フロントページの続き (72)発明者 ▲高▼根淳茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者佐藤貢茨城県ひたちなか市大字市毛882番地株式会社日立製作所計測器グループ内Ｆターム(参考） 4M106 AA01 BA02 CA38 DB05 DB18 DB20 5C030 AA06 AB02 5C033 FF03 JJ01 5F056 BA09 BB01 BC08 BC10 CB28 CB29 CC04 EA06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線を調節する光学素子と、当該光学素子に
対して軸調整を行うアライメント偏向器を備えた荷電粒
子線装置において、前記アライメント偏向器の偏向量を演算する演算手段を
備え、当該演算手段には前記偏向量を演算するための複
数の演算法が記憶され、当該演算法を選択する選択手段
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】請求項１において、前記演算手段は、前記光学素子の条件を変化させたとき
に得られる複数の画像間の移動量に基づいて、前記アラ
イメント偏向器の偏向量を演算するものであることを特
徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】請求項１において、前記演算手段は、複数の画像間の移動量に基づいて前記
アライメント偏向器の偏向量を演算するものであって、
前記選択手段による演算法の選択によって前記演算に供
される画像の枚数が変化することを特徴とする荷電粒子
線装置。
【請求項４】請求項１において、前記演算手段は、前記光学素子の条件を変化させたとき
に得られる複数の画像間の移動量から所定の変数を算出
し、当該所定の変数に基づいて前記アライメント偏向器
の変更量を演算するものであって、前記選択手段による
演算法の選択によって前記演算に供される画像の枚数が
変化することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線を調節する光学素子と、当該光学素子に
対して軸調整を行うアライメント偏向器を備えた荷電粒
子線装置において、前記アライメント偏向器の偏向量を演算する演算手段
と、当該演算手段によって算出された偏向量が予め定め
られた値以上、或いはその値より大きい場合、再度前記
演算手段による処理を行うことを特徴とする荷電粒子線
装置。
【請求項６】荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線を調節する光学素子と、当該光学素子に
対して軸調整を行うアライメント偏向器を備えた荷電粒
子線装置において、前記光学素子の条件を変化させた際に得られる２つの画
像のパターンの重心を検出する手段と、前記２つのパタ
ーンの重心のずれを検出する手段と、前記２つのパター
ンの重心のずれに基づいて、前記アライメント偏向器の
偏向量を算出する手段を備えたことを特徴とする荷電粒
子線装置。
【請求項７】荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線の非点補正を行う非点補正器と、当該非
点補正器と前記荷電粒子線が照射される試料との間に配
置され、前記荷電粒子線を集束する対物レンズと、前記
非点補正器に対する前記荷電粒子線の光軸を調整する第
１のアライメント偏向器と、前記対物レンズに対する前
記荷電粒子線の光軸を調整する第２のアライメント偏向
器を備えた荷電粒子線装置において、第１に前記対物レンズで焦点調整を行い、第２に前記第
１のアライメント偏向器による軸調整を行い、第３に前
記第２のアライメント偏向器による軸調整を行い、第４
に前記非点補正器による非点補正を行うように制御する
制御手段を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出さ
れる荷電粒子線を調節する光学素子と、当該光学素子に
対して軸調整を行うアライメント偏向器と、前記荷電粒
子線の照射によって試料から放出される二次荷電粒子線
に基づいて画像を表示する画像表示装置を備えた荷電粒
子線装置において、前記光学素子の条件を変化させた際に得られる複数の画
像間の移動量に基づいて、アライメント偏向器の偏向量
を算出する算出手段を備え、前期画像表示装置には、前
記光学素子の条件を変化させた際に得られる複数の画像
が表示されることを特徴とする荷電粒子線装置。