JP5531515B2

JP5531515B2 - 荷電粒子ビーム照射装置及び該装置の軸合わせ調整方法

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Description

本発明は、走査電子顕微鏡、電子線微小部分析装置等の分析装置・観察装置、電子ビーム描画装置、イオンビーム微細加工装置等の半導体製造装置、電子ビーム加工機などの産業用装置など、電子ビームやイオンビームなどの荷電粒子を利用する各種装置において荷電粒子ビームを試料等の対象物に照射する荷電粒子ビーム照射装置、及び、そうした荷電粒子ビーム照射装置において荷電粒子ビームの光軸を調整する軸合わせ調整方法に関する。

例えば電子線マイクロアナライザ（ＥＰＭＡ）等の荷電粒子を利用した装置では、荷電粒子源から出射された荷電粒子ビームを観察対象物や加工物上の照射位置に正確に照射する必要がある。例えば一般的なＥＰＭＡでは、電子銃から出射した電子ビームを収束レンズで一旦収束させ、収束後に発散する電子ビームをアパーチャに通してビーム径を制限して対物レンズに導入する。そして、対物レンズにより電子ビームを絞って試料表面に照射する（例えば特許文献１参照）。

こうした荷電粒子ビーム照射装置において微小径の荷電粒子ビームを試料や加工物上の所定位置に正確に照射するには、荷電粒子ビームの軸合わせを高精度に行う必要がある。従来一般に、荷電粒子ビームの軸合わせを行うために、磁場や電場の作用により荷電粒子ビームを偏向させる偏向器が用いられている。例えば特許文献１、２などでは、荷電粒子源と収束レンズとの間に、即ち、収束レンズの入口側に光学系の軸方向に沿って二段の偏向器を設け、この偏向器により荷電粒子ビームを偏向させることで該ビームの光軸（軌道中心）と収束レンズ及び対物レンズの中心とを合わせるようにしている。

ところで、特許文献３に記載の荷電粒子ビーム照射装置では、試料表面における荷電粒子ビームの入射開き角を調整する等の目的で、収束レンズが独立に制御可能な二段のコンデンサレンズ（電磁レンズ）で構成されている。こうした構成においては、収束レンズの二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心を荷電粒子ビームが通過するように軸合わせを行う必要がある。さらにまた、収束レンズで収束された荷電粒子ビームの光軸が対物レンズの中心を通ることも必要である。

収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心とが一直線上に位置している場合には、上述したような収束レンズの入口側に設けた二段の偏向器により適切な軸合わせが可能である。二段のコンデンサレンズの一方を他方に対して移動させることが可能な構成である場合、上記のように二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心とが一直線上になるように機械的な調整を行うことができる。

しかしながら、二段のコンデンサレンズが一体化された構成の場合、具体的には例えば、収束レンズを構成するポールピースが一体構造であるような場合には、二段のコンデンサレンズの相対的な位置関係を調整することができない。そのために、収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心とに荷電粒子ビームを通過させることができないことがある。

例えば収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズの中心と荷電粒子ビームとに軸ずれがあると、収束レンズをダイナミックに駆動したときにビーム軸がずれてしまうため、試料面でのビームの収束性が悪くなって大きな電流を得ることができないという問題がある。また、ビーム軸が対物レンズの中心からずれてしまうため、対物レンズの強さ（磁場強度）を変化させると試料面でのビームの照射位置が移動してしまうという問題がある。

特開２００４−１３４３００号公報特開２００２−２５７９９７号公報特開平８−１３８６００号公報特開平９−７３８７０号公報

本発明は上記課題を解決するためになされたものあり、二段のコンデンサレンズからなる収束レンズと対物レンズとを有する荷電粒子ビーム照射装置において、荷電粒子ビームの軸合わせの調整を正確に行うことができ、それによって収束レンズを構成する二段のコンデンサレンズの制御や対物レンズの制御によっても荷電粒子ビームの位置ずれを生じないようにすることを主な目的としている。

上記課題を解決するためになされた本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置は、荷電粒子源と荷電粒子ビームの照射対象面との間に、その両者を結ぶ軸に沿って、前記荷電粒子源から出射された荷電粒子ビームを収束する軸方向に配設された二段のコンデンサレンズからなる収束レンズと、該収束レンズにより収束された荷電粒子ビームのビーム径を制限する開口が設けられた対物アパーチャ板と、該対物アパーチャ板の開口を通過した荷電粒子ビームを前記照射対象面上に収束させる対物レンズと、を具備する荷電粒子ビーム照射装置において、
前記荷電粒子源と前記収束レンズとの間に配置された入口側ビーム偏向手段と、前記収束レンズと前記対物アパーチャ板との間に配置された出口側ビーム偏向手段と、を備え、
前記２つのビーム偏向手段はそれぞれ、荷電粒子ビームを偏向させる軸方向に二段の偏向器からなることを特徴としている。

上記偏向器は、磁場の作用及び電場の作用のいずれかを利用して、荷電粒子ビームを任意の方向に任意の角度だけ偏向させるものである。収束レンズの入口側と出口側とにそれぞれ配設されたビーム偏向手段は、こうした二段の偏向器から構成される。収束レンズの入口側に設置された二段の偏向器の偏向方向及び偏向強度を適宜に設定することにより、その後段の二段のコンデンサレンズの中心の相対的なずれがどのような状態であっても、ビーム光軸がそれら２つのレンズ中心を通過するように軸合わせを行うことができる。また、収束レンズの出口側に設置された二段の偏向器には、上記のように二段のコンデンサレンズの中心の相対的なずれに応じて、軸方向に対して傾いた光軸をもつビームが入射するが、収束レンズの出口側に設置された二段の偏向器の偏向方向及び偏向強度を適宜に設定することにより、対物アパーチャ板の開口中心と対物レンズの中心を通るようにビームの傾きを修正することができる。

即ち、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置の一態様として、
前記２つのビーム偏向手段をそれぞれ、軸方向に対し傾いて入射する荷電粒子ビームの傾きを修正して軸方向に出射させる第１のモードと、軸方向に入射する荷電粒子ビームを軸方向に対し傾けて出射させる第２のモードと、のいずれかで動作させるべく駆動を行う偏向制御手段を備え、
前記入口側ビーム偏向手段を第２のモードで動作させることで、荷電粒子ビームが前記収束レンズの二段のコンデンサレンズのそれぞれのレンズ中心を通過するようにその光軸を調整し、前記出口側ビーム偏向手段を第１のモードで動作させることで、荷電粒子ビームが前記対物アパーチャ板の開口中心を通過するように、また、前記出口側ビーム偏向手段を第２のモードで動作させることで、荷電粒子ビームが前記対物レンズのレンズ中心を通過するようにその光軸を調整可能とすることができる。

また、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置は、前記照射対象面上における荷電粒子ビームの照射領域を検出する検出手段と、前記出口側ビーム偏向手段、又は、前記対物アパーチャ板と前記対物レンズとの間に配設されたビーム走査手段、の少なくとも一方に走査信号が与えられた状態で前記検出手段による検出信号に基づいて走査像を作成して出力する走査像形成手段と、をさらに備え、
前記走査像形成手段により得られる走査像を利用して前記２つのビーム偏向手段に対する制御パラメータを調整可能とした構成とすることが好ましい。

上記検出手段は、例えば特許文献２に開示されているように、照射対象面上に設置された電子検出電極とすることができる。また、例えばＥＰＭＡのように試料の表面観察を行うために二次電子検出器などが設けられている場合には、既知のパターンが表面に形成された試料を照射対象面上に設置し、そのときに得られる二次電子に基づいて作成される画像情報から荷電粒子ビームの照射領域を検出することができる。

荷電粒子ビームの光軸が収束レンズや対物レンズの中心からずれている場合には、照射対象面上での荷電粒子ビームの照射位置にずれが生じる。そこで、走査像形成手段は、入口側ビーム偏向手段を調整する際に、出口側ビーム偏向手段又はビーム走査手段の少なくとも一方に走査信号が与えられた状態で検出手段による検出信号に基づいて走査像を作成してオペレータに提示する。このときの走査像は対物アパーチャ板の開口に対応した像となり、そのアパーチャ像の中心が荷電粒子ビームの光軸である。これにより、入口側ビーム偏向手段による軸調整のための制御パラメータを変化させたときの軸ずれの状態が視覚的に確認できるので、パラメータの調整が容易になり、軸合わせ作業が効率的に行える。

また本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置における軸合わせ調整方法として、
前記収束レンズの１段目のコンデンサレンズと前記電子銃とが軸方向に位置調整された状態で、まず、１段目のコンデンサレンズの駆動状態を固定し２段目のコンデンサレンズの駆動状態を変化させたときの前記走査像上のアパーチャ像が同一位置になるように、前記入口側ビーム偏向手段を第２のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整し、次に、前記アパーチャ像が画像中心にくるように、前記出口側ビーム偏向手段を第１のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整するものとすることができる。これにより、オペレータは決められた手順で正確な軸合わせを行うことができる。

本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置及び該装置の軸合わせ調整方法によれば、収束レンズを構成する相対位置が調整できない二段のコンデンサレンズのそれぞれの中心と対物レンズの中心に荷電粒子ビームの光軸が通過するように軸合わせを行うことが可能である。それにより、収束レンズや対物レンズでビームの収束を調整したときにも、試料上や加工物上でビームの照射位置が移動することがない。また、試料上や加工物上でのビームの収束性が良好であるので、ビーム電流を十分に高くすることができる。その結果、例えば本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置をＥＰＭＡに適用すれば、分析感度を向上させることができるとともに、倍率等によらずに試料上の所望の領域の分析を正確に行うことができる。さらにまた、荷電粒子源を交換した際に生じる出射方向のずれも、当該磁場又は電場による軸合わせ調整方法を用いて調整することができる。

本発明の一実施例である電子ビーム照射装置の概略構成図。本実施例の電子ビーム照射装置の入口側ビーム偏向部及び出口側ビーム偏向部における電子ビーム光軸の補正動作モードを示す図。本実施例の電子ビーム照射装置における電子ビーム光軸調整の手順の一例を示すフローチャート。電子ビーム光軸調整時の電子ビーム光路の模式図。電子ビーム光軸調整時の照射パターン画像の一例を示す図。電子ビーム光軸調整後の電子ビーム光軸の一例を示す模式図。

以下、本発明に係る荷電粒子ビーム照射装置の一実施例であるＥＰＭＡ用の電子ビーム照射装置について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は本実施例の電子ビーム照射装置の概略構成図である。

この電子ビーム照射装置は、電子ビーム光学系として、電子ビームＥを射出する電子銃１と電子ビームが照射される試料ステージ９上に設置された電子検出電極８との間に、電子ビームを偏向して軸合わせを行う入口側ビーム偏向部２、それぞれがコンデンサレンズである第１段収束レンズ３１及び第２段収束レンズ３２からなる収束レンズ系３、電子ビームを偏向して軸合わせを行う出口側ビーム偏向部４、電子ビームが通過する開口が形成された対物アパーチャ板５、試料ステージ９上に載置される試料上で電子ビームの照射位置を走査する走査コイル６、及び、電子ビームを試料（この図では電子検出電極８）上に収束させる対物レンズ７、を電子銃１と試料（又は電子検出電極８）とを結ぶ軸Ｃに沿って備える。

電子検出電極８は常設されるものではなく、軸調整作業の際に試料ステージ９上に設置されるようにすればよい。電子検出電極８の出力は電子計測部１５に入力され、その計測信号は画像処理部１６に入力され、画像処理部１６で作成された画像が表示部１８に表示される。ＣＰＵなどを含んで構成される制御部１０は、操作部１７からの操作に従って、収束レンズ系３（収束レンズ３１、３２）及び対物レンズ７にそれぞれ制御電流を供給するレンズ電源部１１、入口側ビーム偏向部２及び出口側ビーム偏向部４にそれぞれ制御電流を供給する偏向電源部１２、及び走査コイル６に走査電流を供給するビーム走査電源部１３をそれぞれ制御する。

第１段及び第２段収束レンズ３１、３２はそれぞれ電磁レンズであり、電子ビームの通過領域を制限するアパーチャ（コンデンサ用アパーチャ）３１ａ、３２ａをそれぞれ備える。通常、後段のアパーチャ３２ａの開口サイズは前段のアパーチャ３１ａの開口サイズよりも一回り大きい。収束レンズ系３は二段の収束レンズ３１、３２が軸Ｃ方向に所定距離離した状態で一体化された部品である。したがって、収束レンズ３１、３２の相対位置関係は固定されており、一方を他方に対して位置調整することはできない。

入口側ビーム偏向部２及び出口側ビーム偏向部４は基本的に同じ構成であり、例えば入口側ビーム偏向部２は、軸Ｃ方向に沿って所定間隔離して配置された第１、第２なる二段の偏向器２１、２２からなる。１つの偏向器２１又は２２は、軸Ｃに直交し且つ互いに直交する方向（図１中のＸ、Ｙ方向）に配置された１組のアライメントコイルからなり、これらＸ方向及びＹ方向のアライメントコイルにそれぞれ供給する電流の大きさ及び両者の比率を調整することにより、通過する電子ビームを任意の方向に任意の角度で曲げることができる。したがって、入口側ビーム偏向部２及び出口側ビーム偏向部４ではそれぞれ、軸Ｃ方向に所定距離離れた２箇所の位置で異なる方向及び異なる角度で電子ビームを偏向させることができる。

なお、本実施例の構成では、アライメントコイルにより形成される磁場の作用により電子ビームを偏向させるようにしているが、電場の作用により電子ビームを偏向させる構成としてもよい。即ち、アライメントコイルに代えて、軸Ｃを挟んで互いに直交する方向（Ｘ、Ｙ方向）に配置した電極板を用い、該電極板に印加する電圧を調整することで電子ビームの偏向方向や角度を制御することができる。

この電子ビーム照射装置を用いたＥＰＭＡの基本的な分析動作（観察動作）は次の通りである。
電子銃１から出射した電子ビームはほぼ軸Ｃに沿って拡がりつつ進み、収束レンズ系３により一旦収束される。実際には、図４に示すように、第１段収束レンズ３１と第２段収束レンズ３２との間に第１段収束レンズ３１による焦点が存在し、ここに一旦収束された後に拡がる電子ビームが第２段収束レンズ３２により対物アパーチャ板５の手前の焦点に収束される。対物アパーチャ板５の開口を通過する際に電子ビームＥの外縁部は遮蔽され、該開口を通過した電子ビームが対物レンズ７により試料ステージ９上に載置された試料（図１では電子検出電極８に相当）上に収束される。

ＥＰＭＡでは、この電子ビームの照射により試料からＸ線が放出され、試料上方に配置された図示しないＸ線検出器により検出される。また同時に試料から２次電子が放出され、試料に近接して配置された図示しない２次電子検出部により検出される。

制御部１０がビーム走査電源部１３を介して走査コイル６に供給する駆動電流を所定のパターンに従って変化させる（走査する）と、走査コイル６により形成される磁場の作用により電子ビームが偏向され、試料上で電子ビームの当たる位置がＸ−Ｙ面内で走査される。それにより、試料上に順次電子ビームを照射して、その範囲における試料表面情報を取得することができる。

走査コイル６による磁場がない場合、電子銃１から出射した電子ビームが試料に達するまでの光軸は軸Ｃに一致するのが理想的である。しかしながら、実際には、収束レンズ系３や対物レンズ７のレンズ中心は軸Ｃ上にあるとは限らない。特に、上述したように収束レンズ系３は２つの収束レンズ３１、３２が一体化された構造であるために、電子光学系を組み上げたときに、２つの収束レンズ３１、３２のレンズ中心が軸Ｃ上にない場合がある。そこで、本実施例の電子ビーム照射装置では、それぞれ軸Ｃ方向に配置された二段の偏向器からなる入口側ビーム偏向部２及び出口側ビーム偏向部４を適宜に調整することにより、適切に電子ビームの光軸調整を行えるようにしている。

図２は入口側ビーム偏向部２（出口側ビーム偏向部４でも同様）における電子ビーム光軸の補正動作モードを示す概念図である。

図２（ａ）は、軸Ｃに対し傾いた状態で入射してくる電子ビームを軸Ｃ方向に修正して出射するモード（モードＡ）である。即ち、このモードでは、傾いた入射ビーム軸と軸Ｃとが交わる点をピボット点Ｐａとし、ピボット点Ｐａと第１段偏向器２１との間の軸Ｃ方向の距離をα、第１段偏向器２１と第２段偏向器２２との間の軸Ｃ方向の距離をβとしたとき、第１段偏向器２１と第２段偏向器２２との強度比率を、Ｉ₂₁：Ｉ₂₂＝（α＋β）：α、とする。これにより、ピボット点Ｐａを経て入射してきた電子ビームを第１段偏向器２１で内側（軸Ｃに向かう方向）に偏向させ、次の第２段偏向器２２で電子ビームを第１段偏向器２１による偏向とは逆方向に且つより小さな角度で偏向させ、軸Ｃ方向に出射させる。

他方、図２（ｂ）は、軸Ｃ方向に入射してくる電子ビームを軸Ｃに対し傾きをもつように修正して出射するモード（モードＢ）である。即ち、このモードでは、傾いた出射ビーム軸と軸Ｃとが交わる点をピボット点Ｐｂとし、ピボット点Ｐｂと第２段偏向器２２との間の軸Ｃ方向の距離をγとしたとき、第１段偏向器２１と第２段偏向器２２との強度比率を、Ｉ₂₁：Ｉ₂₂＝γ：（β＋γ）、とする。これにより、軸Ｃ方向に入射してきた電子ビームを第１段偏向器２１で外側（軸Ｃから離れる方向）に偏向させ、次の第２段偏向器２２で電子ビームを第１段偏向器２１による偏向とは逆方向に偏向させ、ピボット点Ｐｂを通過するように傾けて出射させる。

本実施例の電子ビーム照射装置における軸調整の手順の一例を図３のフローチャートに従って説明する。

まず、後述する電磁気的な荷電粒子ビームの軸調整を行う前に、電子銃１と収束レンズ系３との相対的な位置の調整、具体的には、電子銃１が収束レンズ系３の第１段収束レンズ３１のレンズ中心の直上に位置するように電子銃１の位置調整を行う。そのために、制御部１０は収束レンズ系３のうちの第１段収束レンズ３１のみを駆動するようにレンズ電源部１１を制御し、電子検出電極８上に電子ビームを照射する（ステップＳ１）。

制御部１０は偏向電源部１２を介して出口側ビーム偏向部４の第１段偏向器４１又は第２段偏向器４２に走査信号を送ることで電子ビームを走査し、画像処理部１６はこのときに電子計測部１５で得られた信号に基づいて、電子ビームが照射された領域（実際にはコンデンサ用アパーチャ３１ａ又は対物アパーチャ板５の開口によるアパーチャ像）を示す照射パターンが描画された画像を表示部１８に表示する。電子銃１が第１段収束レンズ３１の直上にない場合、第１段収束レンズ３１に供給する電流を変化させることにより収束レンズ系３の焦点位置を移動させるように制御すると（ステップＳ２）、照射パターンは大きさが変化するとともに位置も変化する。そこで、オペレータ（軸調整作業者）は、その照射パターンを観察しながら、第１段収束レンズ３１の中心位置の直上に電子銃１が来るように電子銃１の位置を機械的に調整する（ステップＳ３）。

なお、電子銃１と収束レンズ系３との相対位置関係が固定されていて位置調整ができない構造の場合、例えば、電子銃１や収束レンズ系３を含む光学要素全体が一体化された構造である場合には、ステップＳ１〜Ｓ３による位置調整は省略し、次のステップＳ４から調整を開始する。

ステップＳ４の処理の開始時点では、第１段収束レンズ３１のレンズ中心と電子銃１の電子ビーム出射位置とは軸Ｃ上に位置しているとみなせる。但し、このとき第２段収束レンズ３２のレンズ中心は軸Ｃ上にあるとは限らない。そこで、次に入口側ビーム偏向部２を用いた軸調整を行う。まず、レンズ電源部１１により第１段収束レンズ３１に所定の電流を供給し、該収束レンズ３１による電子ビームの焦点位置を固定する。そして、第２段収束レンズ３２に供給する電流を複数段階（この例では２段階）に変化させて該収束レンズ３２による電子ビームの焦点位置を移動させる。図４には、第２段収束レンズ３２の駆動制御により、電子ビームの焦点位置をＰ１、Ｐ２としたときの状態を示してある。

例えば第２段収束レンズ３２の焦点がＰ１となるようにした状態で、制御部１０は偏向電源部１２を介して出口側ビーム偏向部４（第１段偏向器４１、第２段偏向器４２）にＸ、Ｙそれぞれの方向への走査を行う走査信号を入力する。この走査信号は繰り返し走査が行われるように例えば鋸波状信号とするとよい。この走査により、画像処理部１６で形成される走査像には略円形状のアパーチャ像が得られる。第２段収束レンズ３２の焦点がＰ２となるようにした状態で、同様に走査を行って得られる走査像上ではアパーチャ像の位置及び大きさは変化する。そこで、画像処理部１６は異なる焦点Ｐ１、Ｐ２に対応するアパーチャ像を重畳させた、例えば図５（ａ）に示すような画像を作成してこれを表示部１８に表示する（ステップＳ４）。

この２つのアパーチャ像の位置のずれは第１及び第２段収束レンズ３１、３２のレンズ中心と電子ビームの光軸とのずれを反映したものである。そこで、オペレータは図５（ａ）に示すような走査像を見ながら、操作部１７により、入口側ビーム偏向部２の補正動作モードを図２（ｂ）に示すモードＢに設定した上で、入口側ビーム偏向部２の各偏向器２１、２２への供給電流等の制御パラメータを調整する（ステップＳ５）。この制御パラメータの調整により、入口側ビーム偏向部２を出射する（通り抜ける）電子ビームの偏向方向や偏向角が変わる。

電子ビームの光軸が二段の収束レンズ３１、３２のそれぞれのレンズ中心を通過する状態であれば、第２段収束レンズ３２の焦点を移動させても電子検出電極８上における照射パターンの中心位置は移動しない。そこで、上記のように第２段収束レンズ３２による焦点位置を変化させたときでも走査像上のアパーチャ像の中心位置が変化しないように、つまりは図５（ｂ）に示すように２つのアパーチャ像が同心円状になるように、各偏向器２１、２２に対する制御パラメータを適宜調整する（ステップＳ５）。これにより、電子ビームの光軸が、二段の収束レンズ３１、３２のそれぞれのレンズ中心を通過する状態になる。この状態で、入口側ビーム偏向部２の各偏向器２１、２２の偏向状態を固定する。

次に、制御部１０は、出口側ビーム偏向部４の補正動作モードを図２（ａ）に示すモードＡに設定した上で、出口側ビーム偏向部４（偏向器４１、４２）に走査信号を与える。オペレータは上記のように調整された同心円状のアパーチャ像を見ながら、操作部１７により、各偏向器４１、４２の偏向強度を変えることでビームの角度を変えるように制御パラメータを調整する。この制御パラメータの調整により、出口側ビーム偏向部４を出射する（通り抜ける）電子ビームの偏向方向や偏向角が変わり、入射ビームの傾き角や方向に拘わらず電子ビームの光軸を軸Ｃ方向に調整することができる。このとき対物レンズ７の中心を電子ビームの光軸が通過する状態であれば、同心円状のアパーチャ像は画像の中心に位置する。したがって、同心円状のアパーチャ像が画像の中心に来るように、各偏向器４１、４２に対する制御パラメータを調整する（ステップＳ６）。

さらに、制御部１０は、ビーム走査電源部１３を介して走査コイルに走査信号を入力するとともに、レンズ電源部１１を介して対物レンズ７にその強度を繰り返し走査するような信号を入力する。対物レンズ７の強度走査により電子検出電極８上での電子ビームの照射径が変化する。このとき、対物レンズ７を通過する電子ビームの光軸が軸Ｃと一致していないと、対物強度の走査に伴う対物ウォブリング像の位置がずれる。そこで、オペレータは、操作部１７により、出口側ビーム偏向部４の補正動作モードを図２（ｂ）に示すモードＢに設定した上で、表示部１８に表示される図５（ｄ）に示すような対物ウォブリング像を見ながら、対物ウォブリング像が同心円状に拡がるように、各偏向器４１、４２に対する制御パラメータを適宜調整する（ステップＳ７、Ｓ８）。

図６は上記のような手順で軸調整が行われたときの最終的な調整状態の一例を示す図である。このとき、入口側ビーム偏向部２に関し、図２（ａ）に示したモードＡのピボット点Ｐａは電子銃１の先端に位置し、図２（ｂ）に示したモードＢのピボット点Ｐｂは第１段収束レンズ３１のアパーチャ３１ａに位置する。一方、出口側ビーム偏向部４に関し、図２（ａ）に示したモードＡのピボット点Ｐａは第１段収束レンズ３１のアパーチャ３１ａに位置し、図２（ｂ）に示したモードＢのピボット点Ｐｂは対物アパーチャ板５の開口中心に位置する。図６中に記載のα’、β’、γ’の関係は図２中にも記載のα、β、γの関係に相当する。上述したような手順で軸合わせを行うことにより、図６に示すように、二段の収束レンズ３１、３２と対物レンズ７のそれぞれのレンズ中心に電子ビームの光軸が通るように、軸調整を行うことができる。

上記のように軸調整がなされた状態において、電子銃１内部の電子源（フィラメントやカソード等）が交換されると、その交換によって電子源からの電子の出射方向がずれる。このときには、入口側ビーム偏向部２をモードＡで走査し（上下の偏向器２１、２２に一定の比率で走査信号を入力し）、対物アパーチャ板５の開口を通り抜ける電子による検出信号で像を形成する。そして、モードＡで走査したパターンが中心にくるように調整し、電子源の出射方向を合わせた上で、その後、ステップＳ４〜Ｓ８の調整を行なうことにより、電子源交換後のビーム調整を行うことができる。

なお、上記実施例では、試料ステージ９上に設置した電子検出電極８により電子ビームの照射領域を検出するようにしていたが、例えば、所定のパターンが表面に形成された軸調整用試料を試料ステージ９上に設置し、この試料に電子ビームを照射したときに放出される二次電子に基づく二次電子像から上述したようなアパーチャ像や対物ウォブリング像が表示された走査像を作成することもできる。

上記実施例は本発明の一実施例であって、本発明の趣旨の範囲で適宜変形、修正、追加を行っても本願請求の範囲に包含されることは当然である。例えば、上記実施例は荷電粒子が電子である電子ビーム照射装置に本発明を適用したものであるが、荷電粒子がイオンであるイオンビーム照射装置に本発明を適用できることは明らかである。

１…電子銃
１０…制御部
１１…レンズ電源部
１２…偏向電源部
１３…ビーム走査電源部
１５…電子計測部
１６…画像処理部
１７…操作部
１８…表示部
２…入口側ビーム偏向部
４…出口側ビーム偏向部
２１、４１…第１段偏向器
２２、４２…第２段偏向器
３…収束レンズ系
３１…第１段収束レンズ
３２…第２段収束レンズ
３１ａ、３２ａ…コンデンサ用アパーチャ
４１…偏向器
５…対物アパーチャ板
６…走査コイル
７…対物レンズ
８…電子検出電極
Ｃ…軸
Ｅ…電子ビーム

Claims

荷電粒子源と荷電粒子ビームの照射対象面との間に、その両者を結ぶ軸に沿って、前記荷電粒子源から出射された荷電粒子ビームを収束する軸方向に配設された二段のコンデンサレンズからなる収束レンズと、
該収束レンズにより収束された荷電粒子ビームのビーム径を制限する開口が設けられた対物アパーチャ板と、
該対物アパーチャ板の開口を通過した荷電粒子ビームを前記照射対象面上に収束させる対物レンズと、
前記荷電粒子源と前記収束レンズとの間に配置された、荷電粒子ビームを偏向させる軸方向に二段の偏向器からなる入口側ビーム偏向手段と、
前記収束レンズと前記対物アパーチャ板との間に配置された、荷電粒子ビームを偏向させる軸方向に二段の偏向器からなる出口側ビーム偏向手段と、
前記２つのビーム偏向手段をそれぞれ、軸方向に対し傾いて入射する荷電粒子ビームの傾きを修正して軸方向に出射させる第１のモードと、軸方向に入射する荷電粒子ビームを軸方向に対し傾けて出射させる第２のモードと、のいずれかで動作させるべく駆動を行う偏向制御手段と、
前記照射対象面上における荷電粒子ビームの照射領域を検出する検出手段と、前記出口側ビーム偏向手段、又は、前記対物アパーチャ板と前記対物レンズとの間に配設されたビーム走査手段、の少なくとも一方に走査信号が与えられた状態で前記検出手段による検出信号に基づいて走査像を作成して出力する走査像形成手段と、を備え、
前記走査像形成手段により得られる走査像を利用して前記２つのビーム偏向手段に対する制御パラメータを調整可能な荷電粒子ビーム照射装置の軸合わせ調整方法であって、
前記収束レンズの１段目のコンデンサレンズのみを駆動して前記１段目のコンデンサレンズの中心位置の真上に電子銃が来るように前記電子銃の位置を機械的に調整し、前記収束レンズの前記１段目のコンデンサレンズと前記電子銃とが軸方向に位置調整された状態で、まず、前記１段目のコンデンサレンズの駆動状態を固定し２段目のコンデンサレンズの駆動状態を変化させたときの前記走査像上のアパーチャ像が同一位置になるように、前記入口側ビーム偏向手段を第２のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整し、次に、前記アパーチャ像が画像中心にくるように、前記出口側ビーム偏向手段を第１のモードで動作させることで荷電粒子ビームの光軸を調整することを特徴とする荷電粒子ビーム照射装置の軸合わせ調整方法。