JP3932894B2 - 電子線装置 - Google Patents

Description

技術分野
本発明は電子線装置、特に半導体の微細パターンの評価又は一般的な試料の汎用的な観察を行う走査電子顕微鏡のような電子線装置に関する。
背景技術
一次電子線を試料上で走査して、試料の走査像を得る走査電子顕微鏡のような電子線装置は、半導体の微細なパターンの検査や計測など、パターン評価の目的に用いられている。このような目的の装置においては、電子線照射領域（観察視野）をウエハ上の評価ポイントに精度よく移動させるために、一次電子線を電気的に偏向して、数μｍ〜１０μｍ程度の範囲で電気的に観察視野を移動するイメージシフト機能を有している。
また、一般的な試料の汎用的な観察目的の走査電子顕微鏡においては、主に試料ステージの機械的移動で観察視野を移動させるが、観察倍率が高くなると、ステージの機械的移動では微少な動きが困難なため、所定の視野を観察中心に移動させるためにイメージシフトが用いられる。この場合、イメージシフトによる視野移動量が大きいほど、広範囲な領域で迅速な視野移動が可能になり、装置の操作性が向上する。
さらに、半導体や先端材料の計測では、試料の帯電を防ぐために、一般に数ｋＶ以下の低い加速電圧を用い、ナノメートルオーダーの観察を行う必要性が高まっている。そのため、こうした目的の走査電子顕微鏡においては、対物レンズの焦点距離を短くして使用したり、試料に負の電圧を印加（リターディング法）して、対物レンズの収差を低減し、低加速電圧における分解能の改善を図っている。
試料に負の電圧を印加するリターディング法においては、試料から発生した二次電子が試料に印加した電圧により加速されて、対物レンズの上部へと進行するため、特許第２８２１１５３号明細書に記載されているように、対物レンズの上部に直交する電界と磁界（Ｅ×Ｂフィールド）を発生させて、試料から発生する二次電子の軌道を偏向して電子源から進行する一次電子の軌道から分離し、二次電子を高効率で二次電子検出器で検出している。また、特許第２８２１１５３号明細書には、試料から発生する二次電子を偏向させるためのＥ×Ｂフィールドにより発生する色収差を打ち消すために、二次電子偏向用のＥ×Ｂフィールドよりさらに電子源側にもＥ×Ｂフィールドを設け、電子源側に設けたＥ×Ｂフィールドで発生する色収差で、二次電子偏向用のＥ×Ｂ（ＥクロスＢ）フィールドの色収差を相殺する方法が開示されている。ただし、特許第２８２１１５３号明細書に記載された技術においては、二次電子の偏向方向（単一方向のみ）で発生するエネルギー分散のみが補正の対象になっている。
一次電子線を電気的に偏向して観察視野を任意方向に任意量だけ移動するイメージシフト機能は、上述の如く、特に分解能が高く高倍率の走査像を得る電子線装置には欠くことのできない機能であるが、イメージシフトを行うと、そのイメージシフトの方向にイメージシフト量に対応して一次電子線がエネルギー分散を受けて、分解能低下が生じる。この分解能低下は装置の分解能が高くなるにつれて無視できない問題となる。
発明の開示
本発明の目的は分解能の低下なしに任意方向にイメージシフトを行うのに適した電子線装置を提供することにある。
本発明は、一つの観点によれば、電子線を放出させる電子源と、前記電子線を収束する収束レンズと、前記収束された電子線を試料上で走査して該試料の走査像を生成する手段とを含む電子線装置において、前記電子線をエネルギー分散させかつそのエネルギー分散を前記電子線の軸を横切る平面内において任意方向に生成することができるエネルギー分散制御手段を備えていることを特徴とする。
本発明は、もう一つの観点によれば、電子線を放出させる電子源と、前記電子線を収束する収束レンズと、前記収束された電子線を試料上で走査して該試料の走査像を生成する手段とを含む電子線装置において、前記電子線の軸上で互いに直交する電界および磁界を発生させる手段と、前記電界および磁界による前記電子線の偏向方向のずれを１８０°とし、かつ、前記電子線の偏向角が前記電界と磁界とで１対２の関係となるように前記電界および磁界の強さを制御する手段とを有することを特徴とする。
本発明の他の目的および特徴は図面を参照してなされる以下の説明から明らかとなるであろう。
発明を実施するための最良の形態
電子源から放出される一次電子線は電子源の特性によりエネルギーのばらつきをもっている。たとえば、高輝度の電子線が得られるショットキー形の電子源から放出される電子線は０．４ｅＶ〜０．６ｅＶ程度のエネルギー幅を有している。このようにエネルギーのばらつきを有する電子線が電気的に偏向されると、その偏向量がビームのエネルギーに依存するため、エネルギーのばらつきに対応して試料に到達する電子線がエネルギー分散を起こす。このエネルギー分散は電子線のぼけとなるため、分解能の低下を引き起こす。本発明の具体的な実施例の説明に先立ってその原理をまず説明する。
図７を参照するに一次電子線４は偏向コイル１５が発生する磁場により偏向され、対物レンズ７の中心を通って試料１０に照射される。偏向コイル１５によって偏向された一次電子線の試料１０上での偏向量をｒ_ｄとすると、ｒ_ｄは、
ｒ_ｄ＝ｋ_ｄ・Ｉ_ｄ・Ｖ_ａｃｃ ^−１／２ （１）
で与えられる。ここで、ｋ_ｄは偏向コイル１５の形状や巻き数で決まる偏向感度係数、Ｉ_ｄは偏向コイル１５の電流、Ｖ_ａｃｃは偏向コイル１５を通過する電子の加速電圧を表す。
電子線エネルギーの変化は、加速電圧の変化と等価であるため、加速電圧Ｖａｃｃの一次電子が偏向コイル１５でｒ_ｄの偏向作用を受けると、一次電子線４のエネルギーばらつき（エネルギー分散）ΔＶにより、試料１０上での電子線は、
Δｒ_ｄ＝（ｄｒ_ｄ／ｄＶ_ａｃｃ）・ΔＶ＝−０．５・ｒ_ｄ・（ΔＶ／Ｖ_ａｃｃ） （２）
の軌道分散を受ける。この軌道分散は電子線のぼけになるため、分解能が低下する。たとえば、加速電圧（Ｖａｃｃ）１ｋＶにおいて、イメージシフト量（ｒ_ｄ）を１０μｍとし、電子線のエネルギー幅（ΔＶ）を０．４ｅＶとすれば、式（２）で計算される軌道分散（ビームのぼけ）は２ｎｍとなる。すなわち、１０μｍのイメージシフトを行うと、イメージシフトに対応する方向に２ｎｍの軌道分散（ビームのぼけ）が発生する。このことは、たとえば、１ｋＶで２ｎｍの分解能が得られる装置では、１０μｍのイメージシフトによって、ビーム形状が図８（ａ）から（ｂ）に示すようになり、軌道分散の方向で分解能が４ｎｍに低下することを意味する。
一次電子線の収束には、通常、磁界形の対物レンズを用いるが、収束性能をさらに高めるために、しばしば対物レンズと試料との間に一次電子線の減速電界を発生させる。この方法はリターディング法として知られているが、このような電子光学系では、一次電子線がイメージシフトのために偏向されて対物レンズに斜めに入射されると、対物レンズと試料との間の減速電界により軌道分散が助長される。この対物レンズと試料との間の減速電界による軌道分散の程度はイメージシフトの量と減速電界の強さに依存する。
一次電子線を試料上に収束させるために、通常は、対物レンズを含む複数の収束レンズが使用される。このような電子光学系において、図９に示すように、一次電子線が収束レンズの中心軸からずれた軌道を通過すると、その収束レンズでは、本来の収束作用の他に、偏向作用も発生する。この偏向作用により、イメージシフトの場合と同様に、一次電子線のエネルギーばらつきΔＶに起因した軌道分散が発生する。
これまでの電子線装置では、１ｋＶの加速電圧で２ｎｍ程度もしくはそれ以下の分解能が得られないため、イメージシフトや収束レンズの軸ずれに起因したエネルギー分散については、認識されることはなかった。唯一、特許第２８２１１５３号明細書で述べているように、加速された二次電子の軌道を偏向するために設けたＥ×Ｂフィールドで発生する強いエネルギー分散作用のみが分解能阻害要因として認識され、この補正法が開示されているのみである。しかも、特許第２８２１１５３号明細書に開示されているエネルギー分散の補正については、二次電子偏向用のＥ×Ｂで生じる単一方向の分散補正だけで、二次元的に任意の方向に発生する前述のエネルギー分散の補正については、何ら考慮されることはなかった。これは、今まではイメージシフトや収束レンズの軸ずれに起因したエネルギー分散の影響を認識できなかったことに由来する。
一次電子線のエネルギー分散を補正するには、逆向きのエネルギー分散を発生させればよいが、前述のように分散作用が二次元的に任意の方向で発生する場合には、これを補正するためのエネルギー分散も任意の方向に発生させることが必要になる。
一次電子線にエネルギー分散を発生させるには、一次電子線に電気的偏向作用を与えればよい。このとき、この偏向作用を磁界と電界とでそれぞれ逆向きに与えてやると、平均エネルギーの一次電子に対してはその軌道を偏向しないで、ビームエネルギーのばらつきに起因したエネルギー分散だけを一次電子線に発生させることができる。このためには、一次電子線に偏向作用を与える電界と磁界とを互いに直交するように発生させればよい。この原理は、ウィーンフィルタ、あるいは、Ｅ×Ｂ（ＥクロスＢ）として知られている。
通常は、Ｅ×Ｂは、一次電子線のエネルギーの不揃いを改善する目的（エネルギーフィルタ）や、エネルギーの大きく異なる電子、あるいは、進行方向が互いに逆向きの電子を分離する目的に用いられている。こうした目的においては、偏向作用をある特定の方向にのみ発生させればよいため、通常は、図１０に示すような一組の電極と一組の磁界発生器で構成したＥ×Ｂを用いられる。あるいは、特開平６−１３２００２号公報に記載されているように、一組の電極に対して、コイルを２対設けて、電界と磁界の直交性をより確実にする方法をとっている。
ところが、イメージシフトのような偏向によって発生する一次電子のエネルギー分散は、イメージシフトの動作方向に連動してあらゆる方向に発生するため、Ｅ×Ｂを構成する電界と磁界の向きおよびその大きさは、イメージシフトの動作に連動して制御する必要がある。このため、分散制御用のＥ×Ｂフィールドを発生する手段は、図２に示すように、互いに直交して配置された２対の電界発生器と磁界発生器で構成される。
以下に、電子線軸と直交（交叉）する平面内において一次電子線に任意の方向および任意の大きさのエネルギー分散を発生させる方法について、図２を参照して説明する。
図２において、電界発生器および磁界発生器は一次電子線に対する偏向支点が同一平面上に位置するように配置される。電界発生器は電子線軸上で互いに直交する電界を発生する第１の組のＥ×Ｂ制御電極３６ａ、３６ｂ及び第２の組のＥ×Ｂ制御電極３７ａ、３７ｂで構成され、第１の組の電極及び第２の組の電極はそれぞれ対向して配置される。磁界発生器は電子線軸上で互いに直交する磁界を発生する第１の組のＥ×Ｂ制御偏向コイル３８ａ、３８ｂおよび第２の組のＥ×Ｂ制御偏向コイル３９ａ、３９ｂで構成され、第１の組のコイルおよ第２の組のコイルは互いに対向して配置される。第１の組の電極により発生する電界は第１の組のコイルにより発生する磁界と直交しており、第２の組の電極により発生する電界は第２の組のコイルにより発生する磁界と直交している。
Ｅ×Ｂ制御電圧Ｖｘ、Ｖｙについては、それぞれの組の電極（３６ａ、３６ｂ、３７ａ、３８ｂ）にそれぞれ極性の異なる電圧（Ｖｘ、−Ｖｘ）、（Ｖｙ、−Ｖｙ）が印加される。一方、この制御電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）は、電圧合成回路３５にも供給され、次式で与えられる電圧−電流変換を行った後に、電流Ｉｘ、Ｉｙとしてそれぞれの組のＥ×Ｂ制御コイル（３８ａ、３８ｂ、３９ａ、３９ｂ）に供給される。
Ｉｘ＝（Ｋｘｘ・Ｖｘ＋Ｋｘｙ・Ｖｙ）・Ｖａｃｃ^−１／２ （３）
Ｉｙ＝（Ｋｙｘ・Ｖｘ＋Ｋｙｙ・Ｖｙ）・Ｖａｃｃ^−１／２ （４）
ここで、Ｋｘｘ、Ｋｘｙ、Ｋｙｘ、Ｋｙｙの値は、ＶｘおよびＶｙで発生する電界、および式（３）、式（４）で制御された磁界による一次電子線の偏向作用が互いに打ち消し合うように設定される。この設定は、たとえば、制御電圧Ｖｘを変調したり、あるいは、オン／オフ動作を行って試料上での一次電子線の動き（走査像の動き）をモニタし、この動きが止まるようにＫｘｘ、Ｋｘｙの条件を合わせ込むことで得られる。また、ＥｘＢ制御電圧Ｖｘを予め定められた異なる条件（例えば、０Ｖと５Ｖ）に設定して、それぞれの条件で得られる画像を取り込む手段を設け、取り込まれた画像間の位置ずれを画像処理により検出すれば、このずれから、予め実験やシミュレーション等で定められた計算によりＫｘｘ、Ｋｘｙの最適条件を自動的に決定することができる。Ｖｙに対しても同様の調整により、Ｋｙｘ、Ｋｙｙの値が設定できる。これらの値は、ひとたび合わせ込まれると、加速電圧Ｖａｃｃが変わっても、式（３）および式（４）の加速電圧連動制御（Ｖａｃｃ^−１／２）により、Ｅ×Ｂフィールドによる一次電子線の偏向作用が常に打ち消し合う条件が維持される。したがって、Ｅ×Ｂ制御電圧ＶｘおよびＶｙを制御することで、一次電子線に偏向作用を与えずに、この制御電圧に対応したエネルギー分散を一次電子線に発生させることができる。
上述のように、図２のＥ×Ｂフィールド発生装置によれば、一次電子線に対する偏向作用の打ち消し条件（ウィーン条件）を満足して、かつ、任意の方向にエネルギー分散を発生させることができる。したがって、イメージシフトの向きや大きさに対して、試料上に収束された一次電子線が受けるエネルギー分散の向きと大きさを、予め、実験やシミュレーションで把握しておけば、これを打ち消すようにイメージシフトに連動したＥ×Ｂの制御が可能になる。
対物レンズと試料との間に、一次電子線の減速電界を発生させて分解能を高めている場合には、一次電子線に生じるエネルギー分散の大きさは、減速電界にも依存する。そのため、イメージシフトだけでなく、減速電界の強さ（たとえば、試料に印加する負の電圧）にも連動した制御を行う。この制御は、予め、計算あるいは実験により減速電界の強さとエネルギー分散補正量との関係を調べておき、これを制御プログラムに組み込むことで実現できる。
また、一次電子線が収束レンズの軸外を通過して発生するような、イメージシフト以外の要因で発生するエネルギー分散に対しても、これを打ち消すエネルギー分散を発生させるようなＥ×Ｂ制御電圧を与えることができる。ただし、収束レンズの軸ずれに起因して発生するエネルギー分散成分は、軸調整の精度に依存するため、エネルギー分散の調整（補正）が手動で行える手段を設けている。
さらに、Ｅ×Ｂを構成する電界と磁界の強さに対して一次電子線が受けるエネルギー分散は、加速電圧だけでなく、レンズの焦点距離に代表される電子光学系の動作状態によっても異なる。また、低加速電圧の分解能を向上するために、一次電子を加速する加速電極を対物レンズ部に配置する電子光学系の構成においては、その加速電極の印加電圧によっても発生するエネルギー分散の大きさや方向が変化する。そのため、Ｅ×Ｂの制御電圧と電子光学系動作パラメータ、あるいは、対物レンズ部の加速電極の印加電圧との関係を予め実験やシミュレーションで把握しておき、Ｅ×Ｂの制御電圧を電子光学系動作パラメータに連動させることで、任意の光学系動作条件やイメージシフトに対して、一次電子線のエネルギー分散（分解能低下）を回避することができる。
一次電子線に生じるエネルギー分散が、主にイメージシフトに起因する場合には、エネルギー分散を発生しないビーム偏向手段をとることができる。この手段として、互いに直交関係を維持し、かつ任意の方向に電界と磁界とを発生させる手段（Ｅ×Ｂフィールド発生手段）を用い、一次電子線の磁界による偏向角と電界による偏向角とについて２倍の関係を保つ方法を見出した。この方法手段によれば、任意のビーム偏向に対して、以下の理由から、エネルギー分散が全く発生しない。
電界Ｅと磁界ＢによるエネルギーＶａｃｃの電子の偏向角θＥとθＢは、それぞれ、次のように書ける。
θＥ＝ＫＥ・ＶＥ／Ｖａｃｃ （５）
θＢ＝ＫＢ・ＩＢ／√Ｖａｃｃ （６）
このとき、エネルギーばらつきΔＶによる電子線の偏向角の変動（分散）をそれぞれ、ΔθＥ、ΔθＢとすると、
ΔθＥ＝（ｄθＥ／ｄＶａｃｃ）ΔＶ
＝−（ΔＶ／Ｖａｃｃ）・θＥ （７）
ΔθＢ＝（ｄθＢ／ｄＶａｃｃ）ΔＶ
＝−０．５（ΔＶ／Ｖａｃｃ）・θＢ （８）
となり、電界と磁界による一次電子線の偏向量が同じ場合、両者で発生するエネルギー分散の大きさは２倍異なる。したがって、磁界による偏向角を電界による偏向角の２倍とし、かつ、磁界と電界による一次電子線の偏向方向が逆向きになるように、Ｅ×Ｂフィールドの電界と磁界の強さを設定すれば、電界と磁界によるエネルギー分散がちょうど打ち消し合う結果となる。すなわち、電界による一次電子線の偏向量（試料上での値）をｒｄとし、磁界による偏向量を電界と逆向きに２ｒｄとすれば、ビーム偏向に伴うエネルギー分散が全く発生せず、分解能低下が生じない。このとき、一次電子線に対するトータルの偏向量は電界と磁界の偏向量の差（電界と磁界との偏向方向が逆のため）ｒｄとなり、エネルギー分散の発生しない偏向手段が実現される。通常の装置におけるイメージシフト機能では、対物レンズの上部に配置したビーム偏向手段で一次電子線を偏向する際に、偏向に伴って発生する対物レンズ収差が最小になるように、偏向手段を光軸に沿って２段配置して動作させる。これら２段のビーム偏向手段を、電界と磁界との偏向量がそれぞれ２倍の関係になるように制御された、上記Ｅ×Ｂフィールドに置き換えれば、エネルギー分散による分解能低下が生じないイメージシフト機能が実現される。
なお、電界と磁界の偏向量の関係を２倍に保ったＥ×Ｂフィールドは、色収差を発生させない偏向器として、イメージシフトに限らず、一次電子線のアライメントなどを目的とした偏向器として使用することができる。
次に、本発明による望ましい実施例を説明する。図１を参照するに、陰極１と第一陽極２の間には、マイクロプロセッサ（ＣＰＵ）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、ＣＰＵ４０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るため、陰極１から放出された一次電子線４は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は収束レンズの一種で、収束レンズ６および対物レンズ７は通常励磁電流を流すことで収束レンズ作用を生じる磁界形である。
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１０から発生した二次電子等の二次信号（試料信号）１２は、対物レンズ７の上部に進行した後、二次信号分離用の直交電磁界発生装置１１により、一次電子４の軌道から分離されて二次信号検出器１３の方向に偏向される。偏向された二次信号１２は、その後、二次信号検出器１３で検出される。二次信号検出器１３の信号は、信号増幅器１４を経て、像信号として画像メモリ２５に記憶される。画像メモリ２５に記憶された画像情報は、像表示装置２６に随時表示される。走査コイル９への信号は、観察倍率に応じて走査コイル制御電源２４により制御される。走査コイル９の位置には、イメージシフト用の偏向コイル１５が配置されており、必要な視野移動量に応じてイメージシフト制御電源２７により制御される。
試料１０には、負の電圧ＶＲ（リターディング電圧）が印加されて、一次電子は試料の直前で減速される。また、対物レンズ７の部分には、一次電子を一時的に加速するブースタ電極１６が配置され、この電極には正の電圧が印加される。このリターディング電圧とブースタ電圧は、制御ＣＰＵ４０で制御され、低加速電圧における分解能の改善が図られる。
走査コイルと収束レンズ６の間には、試料１０上の収束電子線に対して任意のエネルギー分散を与えることのできる、分散制御用のＥ×Ｂフィールド発生器３０が配置され、制御電源３１で制御される。分散制御用のＥ×Ｂフィールド発生器３０およびその制御電源３１は、図２に示す構成を有しており、制御電圧Ｖｘ、Ｖｙおよびコイル電流Ｉｘ、Ｉｙは、式（３）および式（４）の関係が満たされるように制御ＣＰＵ４０で制御される。
制御ＣＰＵ４０には、操作パネル上のつまみ３２が接続されており、分散制御用Ｅ×Ｂの調整時には、このつまみ３２の調整で式（３）および式（４）の係数（Ｋｘｘ、Ｋｘｙ、Ｋｙｘ、Ｋｙｙ）の値が入力できる。なお、この調整のときには、制御ＣＰＵ４０からは、分散制御用Ｅ×Ｂの制御電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）が片方ずつ変調されるように制御電源３１に信号が与えられる。したがって、操作者（調整者）は、制御電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）の変調に伴う像の動きが無くなるように、つまみ３２を調整して分散制御用Ｅ×Ｂの係数（Ｋｘｘ、Ｋｘｙ、Ｋｙｘ、Ｋｙｙ）の最適値を設定することができる。分散制御Ｅ×Ｂ用の係数は、つまみ３２の代わりに、マウスポインタなどにより、モニタＣＲＴに表示されたカーソルやスクロールバーを制御しても可能である。
図３に、分散制御用Ｅ×Ｂの係数を調整するためのモニタＣＲＴの画面（調整画面）の一例を示す。分散制御用Ｅ×Ｂの係数を調整するときには、図３の画面を表示し、以下の手順で係数を設定する。
（１）調整画面内のＷｏｂｂｌｅｒ Ｘのボタンをマウスでクリックする。このとき、制御ＣＰＵ４０は、制御電圧Ｖｘが周期的に変化するように制御電源３１を制御する。
（２）分散補正用Ｅ×Ｂの係数Ｋｘｘ、Ｋｘｙの値が不適切の場合には、制御電圧Ｖｘの変化に対応して走査像の視野が動くため、この視野変動が実質的になくなるように調整画面内のスライドバーＸＸおよびＸＹを調整する。スライドバーの右に表示される数値は、設定される係数を表しており、この表示窓に直接数値を入力することもできる。
（３）調整画面内のＷｏｂｂｌｅｒ Ｙボタンをマウスでクリックする。この操作で、制御電圧Ｖｙが周期的に変化する。
（４）調整画面内のスライドバーＹＸおよびＹＹを調整して、走査像の動きを止める。
（５）調整画面内のＳａｖｅボタンをクリックして調整された係数（Ｋｘｘ、Ｋｘｙ、Ｋｙｘ、Ｋｙｙ）を制御ＣＰＵのメモリに保存する。
（６）調整が完了したら、Ｅｘｉｔボタンをマウスでクリックして、調整画面を閉じる。
なお、制御電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）の変調による画像の動きを検出する画像処理機能を設ければ、画像の動きがなくなるように、係数（Ｋｘｘ、Ｋｘｙ、Ｋｙｘ、Ｋｙｙ）の自動設定も可能である。
図４は、上記調整操作を画像処理により自動で行う処理フローの一例を示している。制御電圧Ｖｘに関する係数Ｋｘｘ、Ｋｘｙを決定する場合、まず、Ｖｘが０Ｖと＋５Ｖのそれぞれで画像を取り込む（Ｓ１）。取り込まれた両画像を相対的にＸ、Ｙ方向に画素単位でずらしながら、両画像の相関をとる（Ｓ３）。相関が最大となる両画像間のずらし量を検索する（Ｓ４）。画像の相関は両画像の視野が一致して重なる条件になったときに最も大きくなる。画像の相関が最も大きくなったときの画像のずらし量から制御電圧Ｖｘの変化（５Ｖ）に対する視野のずれ（大きさと方向）を正確に算出する（Ｓ５）。同様にして、係数Ｋｘｘ、Ｋｘｙの異なる値に対する画像を取り込んで、各係数による画像の動き量を定量的、かつ自動的に算定できる（Ｓ６、Ｓ７）。この結果から、制御電圧Ｖｘによる像の動きをキャンセルするように係数Ｋｘｘ、Ｋｘｙを計算して設定する（Ｓ８）。制御電圧Ｖｙに関する係数Ｋｙｘ、Ｋｙｙ野設定も同様にして行う。
図５は、イメージシフトをＸ方向に動作させたときの分散制御用ＥＸＢ制御電圧とイメージシフト量との関係を表す一例である。イメージシフトが０のときには、イメージシフト以外の要因で発生する軌道分散を打ち消すように、分散制御用ＥＸＢの制御電圧（Ｖｘ、Ｖｙ）のオフセット値が設定される。このオフセット値には、対物レンズ以外の収束レンズの軸ずれに起因する軌道分散や、二次電子を偏向するためのＥＸＢフィールドで発生する軌道分散の補正が含まれる。イメージシフトの方向（図３の例では、Ｘ方向）と軌道分散の方向とが一致しなかったり、イメージシフトコイル（Ｘ、Ｙ）の方向と分散Ａｙｘ、Ａｙｙ制御用の電界（Ｘ、Ｙ）の向きも必ずしも一致しないことから、図３においては、イメージシフトのＸ方向に対して、分散制御用の電圧はＶｘ、Ｖｙの両方が連動して制御される。また、この制御電圧Ｖｘ、Ｖｙとイメージシフトとの関係は、加速電圧、および試料と対物レンズの電界の強さ（図１におけるリターディング電圧ＶＲ、対物レンズ部のブースタ電極１６の電圧ＶＢ）に連動して、予め設定された条件で制御される。
図５において、イメージシフトが０の条件における制御電圧Ｖｘ、Ｖｙの値は、収束レンズ６による一次電子線の収束点の変化に連動して制御される。
イメージシフトや他の要因で発生するエネルギー分散野補正は、ＥＸＢフイールド発生器３０における制御パラメータＶｘ、Ｖｙを次のように制御して行う。
Ｖｘ＝Ａｘｘ・Ｘｉ＋Ａｘｙ・Ｙｉ＋Ｖｘ_０ （９）
Ｖｙ＝Ａｙｘ・Ｘｉ＋Ａｙｙ・Ｙｉ＋Ｖｙ_０ （１０）
ここで、Ｘｉ、Ｙｉはイメージシフトの制御量（試料上での電子線の偏向量）を表す。制御係数Ａｘｘ、Ａｘｙ、Ｖｘ_０、Ａｙｘ、Ａｙｙ、Ｖｙ_０は図６の手順で加速電圧や減速電界などの異なる光学条件毎に予め求めておき、外部記憶装置４１に記憶保存される。
装置の加速電圧や減速電界などの光学条件が設定されると、ＣＰＵ４０は対応する制御係数（Ａｘｘ、Ａｘｙ、Ｖｘ_０、Ｖｙ_０）を外部記憶装置４１から読み出して、イメージシフトの制御に連動して式（９）および（１０）の関係が満たされるよう制御を実行する。
図６は補正係数および制御係数の決定手順を示す。分散補正手段（分散制御用Ｅ×Ｂフイールド発生器３０）の調製手段（つまみ３２）により式（３）および（４）の補正係数ｋｘｘ、Ｋｘｙ、Ｋｙｘ、Ｋｙｙを決定し（Ｓ１）、またイメージシフト制御量Ｘｉ、Ｙｉがともに０の条件で電子線の軌道分散を補正し、分散が完全に補正できる分散補正手段の制御パラメータＶｘ、Ｖｙを制御係数Ｖｘ_ｃ、Ｖｙ_０とする（Ｓ２）。さらに、イメージシフト制御量Ｘｉを予め定められた所定の値に設定して、電子線の軌道分散が完全に補正できる分散補正手段の制御パラメータＶｘ、Ｖｙを調整し、この条件から分散補正手段の制御係数Ａｘｘ、Ａｘｙを決定し（Ｓ３）、また、イメージシフト制御量Ｙｉを予め定められた所定の値に設定して、電子線の軌道分散が完全に補正できる分散補正手段の制御パラメータＶｘ、Ｖｙを調整し、この条件から分散補正手段の制御係数Ａｙｘ、Ａｙｙを決定する（Ｓ４）。以上のようにして決定された補正係数および制御係数は外部記憶装置４１に記憶される。
以上説明した実施例によれば、イメージシフトや他の要因で発生する一次電子のエネルギー分散に起因する軌道の分散を打ち消すことができるため、特に低加速電圧で高分解能が得られる電子線装置において、分解能の低下を防止するとともに、任意の方向へのイメージシフトが可能である。
本発明の本質を逸脱することなしに多くの変更および変形がなされ得ることは自明であるので、本発明は記述した実施例に限定されるべきではないものとする。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明にもとづく一実施例を示す電子線装置のブロック図である。
第２図は第１図の分散制御用ＥＸＢフイールド発生器の構成図である。
第３図は第１図の像表示装置における画面の一例を示す図である。
第４図は分散制御用Ｅ×Ｂフイールドの自動調整フローを示す図である。
第５図は分散制御用Ｅ×Ｂ制御電圧とイメージシフト量との関係の一例を示すグラフである。
第６図は分散制御用Ｅ×Ｂフイールド発生器における補正係数および制御係数の決定手順を示すフロー図ある。
第７図は一次電子線の電気的偏向によって生じる軌道分散の説明図である。
第８図はエネルギー分散を受ける前と後の一次電子線の断面形状を示す図である。
第９図は収束レンズによる一次電子線の軌道偏向生成原理説明図である。
第１０図は通常のＥＸＢフイールド発生器の構成図である。

Claims (14)

1. 電子線を放出させる電子源と、
   前記電子線を収束する収束レンズと、
   前記収束された電子線を試料上で走査して該試料の走査像を生成する手段とを含む電子線装置において、
   前記電子線の照射位置を変化させるイメージシフト偏向器と、
   当該イメージシフト偏向器によって前記電子線が偏向されたときに生ずるエネルギー分散を打ち消すようなエネルギー分散を発生させる前記電子線の光軸に対し直交する電界及び磁界を発生する電界発生器と磁界発生器とを備えたことを特徴とする電子線装置。
2. 前記電子線をエネルギー分散させかつそのエネルギー分散を前記電子線の軸を横切る平面内において任意方向に生成することができるエネルギー分散制御手段とを備え、
   該エネルギー分散制御手段はＥ×Ｂフィールドを発生する手段を含み、前記Ｅ×Ｂフィールドは前記電子線の軸上で互いに交叉する電界と磁界とを含むことを特徴とする講求項１に記載された電子線装置。
3. 前記Ｅ×Ｂフィールドを発生させる手段は前記電子線の軸を横切る平面内において互いに直交する方向にエネルギー分散を発生させるものであることを特徴とする請求項２に記載された電子線装置。
4. 前記Ｅ×Ｂフィールドは前記電子線に対して偏向作用を発生させないものであることを特徴とする請求項２に記載された電子線装置。
5. 前記Ｅ×Ｂフィールドは互いに直交しかつ独立に制御可能な第１及び第２の電界成分と互いに直交しかつ独立に制御可能な第１及び第２の磁界成分を含むことを特徴とする請求項２に記載された電子線装置。
6. 前記電界発生器は、前記電子線を加速するための加速電圧を発生する手段を含み、前記エネルギー分散制御手段は前記電子線の加速電圧に連動して制御されることを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。
7. 前記電界発生器は前記試料に電圧を印加する手段を含み、前記エネルギー分散制御手段は前記試料印加電圧に連動して制御されることを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。
8. 前記電界発生器は、前記試料を照射する電子線加速するための正電位を発生させる加速手段を含み、前記エネルギー分散制御手段は前記加速電位に連動して制御されることを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。
9. 前記エネルギー分散制御手段は前記励磁電流に連動して制御されることを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。
10. 前記イメージシフト偏向器はイメージシフト手段を含み、前記エネルギー分散制御手段は前記イメージシフト手段による前記試料上における前記電子線の偏向方向及び偏向量に連動して制御されることを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。
11. 前記エネルギー分散制御手段の制御を操作パネル上に配置されたつまみの操作又は画面上に表示されたポインタのマウス操作により手動で行うようにしたことを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。
12. 前記エネルギー分散制御手段の制御によって前記電子線が偏向作用を受けないように前記エネルギー制御手段の制御条件を電気的に調整する調整手段を有することを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。
13. 前記調整手段は、前記エネルギー分散制御手段の制御値を時間的に変調する手段と、前記制御条件入力のための操作パネル上のつまみ又はマウスポインタとを含むことを特徴とする講求項１２に記載された電子線装置。
14. 前記エネルギー分散制御手段の制御条件を、予め設定された異なる複数の条件に設定し、該制御条件に対応する画像を取り込み、該取り込んだ複数の画像から前記エネルギー分散制御手段の制御条件変更による画像の位置ずれを検出し、該検出結果にもとづき、前記エネルギー分散制御手段の制御条件を設定する手段を有することを特徴とする請求項１に記載された電子線装置。

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