JP6340216B2 - 走査電子顕微鏡 - Google Patents

Description

電子ビームを用いた検査・計測装置に係わる。

電子ビームを用いた試料の観察・検査・計測に用いられる走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）は、電子源から放出された電子を加速し、静電や電磁レンズによって試料表面上に収束させて照射する。これを１次電子と呼んでいる。１次電子の入射によって試料からは２次電子（低エネルギーの電子を２次電子、高エネルギーの電子を反射電子と分けて呼ぶ場合もある。）が放出される。これら２次電子を、電子ビームを偏向して走査しながら検出することで、試料上の微細パターンや組成分布の走査画像を得ることができる。また、試料に吸収される電子を検出することで、吸収電流像を形成することも可能である。

走査電子顕微鏡における基本的な機能の１つは、電子ビームの分解能である。電子ビームの分解能を向上させるために、さまざまな方法が試みられているが、その中の１つにエネルギーフィルタによる電子ビームのエネルギー分散低減技術がある。これはエネルギー分散低減により色収差を低減し、分解能を向上させるものである。エネルギーフィルタは、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットとを持つことでエネルギー分散低減を実現している。電子の軌道を分散させる方法によりオメガフィルタやウイーンフィルタなどと呼ばれる方式に分類される。

エネルギーフィルタの効果を正しく得るには、電子ビームをスリット上の所望の位置に所望の形状で照射する必要がある。これを達成するために、例えば、特表２００２−５２４８１８号公報（特許文献１）には、選択スリットを含むプレート上の電子ビームの強度を計測する手法が述べられている。また、特開２０１１−１２９２５７号公報（特許文献２）には、エネルギー選択スリットに流れる電流（スリット電流）を最小にすることでエネルギー選択スリット上の電子ビームの位置を最適化する方法が述べられている。さらに、特開２００５−２９４１２８号公報（特許文献３）には、スリット選択のための機械的なスリット移動機構が開示されている。

特表２００２−５２４８１８号公報 特開２０１１−１２９２５７号公報 特開２００５−２９４１２８号公報

しかし、これらの特許文献では走査電子顕微鏡を効率良く長期間安定に使用するための観点が不足している。すなわち、効率の良い調整や長時間の安定動作は、装置の実質的な稼働時間を確保するうえで重要であり、特に、半導体製造ラインにて微細パターンの寸法を計測する測長ＳＥＭ（ＣＤＳＥＭ）と呼ばれる走査電子顕微鏡において重視される観点となる。

具体的には、特許文献１では、選択スリット上で電子ビームを２次元走査する時間が必要となり、電子顕微鏡の本来の目的に使用する時間を削減することになる。また、選択スリット上での２次元走査を頻繁に行うことは電子ビームの不安定性の原因となる可能性があり、出来るだけ避けるべきである。

また、特許文献２では、装置の長期的安定稼働に対する観点はなく、スリット照射電流の変動に対する考慮もない。

さらに、特許文献３は、調整用のスリットの機械的移動機構のみが述べられているに過ぎない。
本発明の目的はこれらの課題を解決し、安定なエネルギー分散の低減を実現するエネルギーフィルタを提供することにある。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。本発明は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板を有し、選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部を有する。

本発明により、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができる。

実施例１に係る走査電子顕微鏡の全体概要図。 実施例１の選択スリット板上の電子ビームの形状図。 実施例１の選択スリット板上の電子ビーム位置の調整処理のフローチャート。 実施例１の選択スリット板上電子ビーム走査による信号例を示す図。 実施例２に係る走査電子顕微鏡の全体概略図。 実施例３の選択スリット板と電子ビームを示す図。 実施例４のスリット２次電子の信号強度を利用した透過率測定タイミングのフローチャート。 実施例５の選択スリット板上の電子ビーム位置の調整処理のフローチャート。 実施例６の焦点補正を行うフローチャート。 実施例７の選択スリット板上の電子ビームの形状を示す図。 実施例７の電子ビーム軌道図。 実施例８のモニター画面を示す図。 実施例９の基準値のモード別の設定値テーブル。

以下、本発明の実施例について、図面を用いて説明する。

図１に本実施例の走査電子顕微鏡の全体概略図を示す。図１において、電子源１００から放出された1次電子１１６は、第１コンデンサレンズ１０３、第１静電偏向器１５０、第１電磁偏向器１５１、第２静電偏向器１６０と、第２電磁偏向器１６１、第２コンデンサレンズ１０５、対物レンズ１１３によりステージ１１５上の試料１１４に結像される。第１静電偏向器１５０と第１電磁偏向器１５１の組は、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器として作用し、選択スリットを挟んで配置された第２静電偏向器１６０と第２電磁偏向器１６１は、この軌道の分散の補正光学素子として作用する。第１、第２静電偏向器は偏向色収差の発生効率を向上させるために負の高電圧が印加されている。このために第１、第２静電偏向器は減速型の静電レンズとして作用する効果がある。対物レンズ１１３上の磁路には正電圧を、試料１１４には負電圧が印加されており、ここで静電レンズが形成されているため、対物レンズは磁場電場重畳レンズとなっている。またレンズの開口は試料側に向いており、セミインレンズ型と呼ばれるレンズ構造となっている。

試料１１４から放出される２次電子１１７（低速電子を２次電子、高速電子を反射電子と分類する場合もあるがここでは２次電子に表記を統一した。）は中間にある検出器１２１により検出され、２次電子信号を形成する。試料状態が同じであればこの２次電子信号は選択スリットを透過した電流量に対応する。試料上の１次電子は第１走査偏向器１０６と第２走査偏向器１０８により２次元に走査され、結果として２次元画像を得ることが出来る。本実施例では第１、第２走査偏向器は静電偏向器である。２次元画像は表示装置１４７に表示される。ここで第１静電偏向器１５０と第１電磁偏向器１５１の組や第２静電偏向器１６０と第２電磁偏向器１６１の組を「ＥｘＢ」（ＥクロスＢ）と呼ぶ場合が多い。

図２は選択スリット板１７０上の電子ビームの形状を示した図である。第１静電偏向器１５０と第１電磁偏向器１５１を、選択スリット３０２の長手方向に対して直交する方向に逆向き（図２の左右方向）に偏向し、選択スリット板上で偏向色収差のみを発生させている。偏向色収差は横長のビームを作るので、電子ビーム３０３は横長のビーム形状となっている。この電子ビームの一部を選択スリット３０２により抽出することでエネルギー分散を低減できる。一般的にこの原理に基づくエネルギーフィルタをウイーンフィルタと呼ぶ。

また本実施例では、図１に示すように、スリット電流計測部１８０（例えば電流計）、スリット電流と２次電子信号の比率の計算部１８１（例えば計算回路とソフトウエア）、その比率の変化量の計算部１８２（１８１と計算回路は兼用可能）が設けられている。これらの透過率モニター部により選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターすることが可能となる。ここで、透過率とは、選択スリット板に当たった電子ビーム量（電流量）に対する選択スリットを透過した電子ビーム量（電流量）の比率としても良いし、選択スリット板に当たった電子ビーム量と選択スリットを透過した電子ビーム量の和と選択スリットを透過した電子ビーム量の比率としても良い。

以下に、透過率を測定する必要性とその重要性について述べる。

まず、電子源から放出される電子の電流量は一般的に変動する。電界放出型電子源では特に初期の電流量減少が大きく、ショットキー型電子源でも脈動と呼ばれる電流量の増減がある。従って、選択スリット板に照射される電流量は必ずしも一定ではない。一方、スリット電流や選択スリットを透過した電子から発生する２次電子信号（選択スリットから見ると透過電子信号）の強度は、選択スリット板に照射される電流量と電子ビームのスリット透過率によって決まる。選択スリット板上の電子ビーム位置を一番反映しているのはスリット透過率であるので、スリット電流や選択スリットを透過した電子から発生する２次電子信号の強度単独で電子ビームの位置変動をモニターすることは、モニターの効率を考慮するとメリットがあるが、選択スリット板に照射される電流量に起因した誤差が生じることになる。従って、スリット電流と選択スリットを透過した電子から発生する２次電子信号の強度の比率を求めることにより実質的に透過率に対応するモニター値を得ることが出来る。

また、選択スリット板上での電子ビームの位置変動は透過する電子ビームの特性に影響を与える。直接的な影響は電流量の変化であり、取得画像のＳＮに影響を与えることになる。この他に重要な特性変化として、中心エネルギーがシフトすることがあげられる。これより試料上での焦点位置が変化し、試料上での電子ビームの分解能が変化する。そして位置変動が更に大きくなると、最終的にはエネルギー分散値が変化することになり、色収差を通して分解能の変動を引き起こす。これら分解能の変動は、特に再現性良く撮像パターン寸法の計測が必要なＣＤＳＥＭにおいては特性劣化要因として無視できない。従って、正しい電子ビーム位置変動を感知できる透過率をモニター値とすることが装置の安定稼働のために重要となる。

本実施例では測定試料ごとに、選択スリット板を流れるスリット電流と、選択スリットの透過電子信号（透過電流量に対応する２次電子１１７）の強度を測定し、その比率を透過率のモニター値としている。また、その変化を知るために、比率の変化量を計算している。なお、計算する比率の変化量は変化する値の絶対値であってもよいし、相対的変化を示す変化率でもよい。また、計算部１８１と１８２は一体化が可能であり、構成要素は共用しても構わない。

図３に、本実施例での選択スリット板上の電子ビーム位置の調整処理のフローチャートを示す。図３において、Ｓ０１で透過率に対応するモニター値を求め透過率を測定する。次に、Ｓ０２で透過率の初期値からの変化を計算し、Ｓ０３で、その値が基準値を越えたか否かを判断し、基準値以上の場合は、選択スリット板上での電子ビーム位置が大きくずれたと判定し、S０４で選択スリット板上で電子ビームを走査し、Ｓ０５で選択スリット板上の電子ビーム位置の調整を行う。

すなわち、透過率を測定することで、電子ビームと選択スリットの相対位置を所定の位置、一般的には電子ビームの中心が選択スリットの中心となる位置、に調整することが出来る。なお、位置調整の具体的処理は、選択スリット板上での電子ビームを偏向走査する偏向走査部として、第１静電偏向器１５０、第１電磁偏向器１５１や第１アライナー１０２等の偏向器、またはスリット移動機構１７１を用いて電子ビームと選択スリットの相対位置を調整する。

図４に電子ビーム走査による信号例を示す。図４において、（ａ）は、電子ビーム３０３と選択スリット３０２の位置関係を示しており、Ｙ方向には中心が一致しているが、Ｘ方向には図の左側に電子ビーム３０３の中心がずれている場合を示している。この条件で、電子ビームをＸ，Ｙ方向に走査した場合の選択スリット３０２を透過した電子から発生する透過電子信号（２次電子信号）のプロファイルを（ｂ）に示す。（ｂ）において、上図がＹ方向走査位置に対する透過電子信号のプロファイル、下図がＸ方向走査位置に対する透過電子信号のプロファイルである。選択スリット３０２の形状と電子ビーム３０３の形状の長手方向が異なるために、Ｘ方向，Ｙ方向で異なった透過電子信号プロファイルを示している。すなわち、（ｂ）上図の、Ｙ方向走査位置に対するプロファイルの場合には、電子ビーム３０３と選択スリット３０２のＹ方向の中心が一致しているので、透過電子信号のプロファイルは走査中心に対して左右対称となる。一方、（ｂ）下図の、Ｘ方向走査位置に対するプロファイルの場合には、電子ビーム３０３の中心が選択スリット３０２の中心に対して左側にずれているために、例えば電子ビームを選択スリットの右側に全て移動させて透過電子信号をゼロとするためには走査距離が長くなるので、走査中心に対してプロファイル中心が右にずれたプロファイルとなる。すなわち、走査中心とプロファイル中心の差が調整すべき量となる。

本実施例で用いているウイーンフィルタでは２つの偏向器を用いて電子ビームを曲げることなく選択スリットへ照射している。従って、選択スリットへの入射角度が安定であるウイーンフィルタの偏向器を用いることで電子ビーム位置の走査や調整が可能である、といった本実施例を有効に使用できるメリットがある。

なお、本実施例ではウエハ毎に透過率をモニターした。これにより電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.15nmに制御することが可能となった。また、透過率のモニターのタイミングはウエハ毎に限らず、ロット毎や決められた時間毎での運用も可能である。

以上説明したように、本実施例は、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板とを有し、前記選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部を有する構成とした。

また、前記軌道分散器は、重なり合った電磁偏向器と静電偏向器の組からなる構成とすることで、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させることが出来る。また、重なり合った第２の電磁偏向器と第２の静電偏向器からなる第２の組を有し、前記組と第２の組が選択スリットを挟んで配置される構成とすることで、軌道の分散の補正光学素子として作用する。

また、前記透過率モニター部は、選択スリットの透過電子信号の計測部と、選択スリット板に流れるスリット電流の計測部と、該２つの計測部からの信号の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなる構成とする。

また、選択スリット上で電子ビームを偏向走査する偏向走査部を有し、透過率の変化が基準値を越えた場合に、偏向走査部により選択スリット上で電子ビームを偏向走査する構成とする。また、前記偏向走査部は、電子ビームを偏向する偏向器または前記選択スリット板を移動させるスリット移動機構である。

これにより、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができる。

図５に本実施例の走査電子顕微鏡の全体概略図を示す。実施例１との相違点は、
選択スリット板への電子ビームの照射により生じたスリット２次電子４１５を検出するスリット検出器４１１と、そのスリット検出器を制御するスリット検出系制御部４１２と、選択スリットを透過した透過電子ビーム電流を測定するためのファラデーカップ４１３と、その電流を計測する透過電流計測部４１４と、スリット検出器４１１で検出したスリット２次電子の信号強度を示すスリット信号と透過電流計測部４１４で計測した透過電流の比率を計算するスリット信号と透過電流の比率の計算部４８１を有する点である。その他は、実施例１の図１と同様なので説明は省略する。

すなわち、本実施例では、選択スリット板の選択スリットを透過する透過率を求めるために、スリット電流の代わりに選択スリット板への電子ビームの照射により生じたスリット２次電子４１５のスリット検出器４１１で検出した信号強度であるスリット信号（言い換えると、選択スリット板の反射電子信号）と、２次電子１１７の代わりにファラデーカップ４１３で測定される選択スリットを透過した透過電子ビーム電流（透過電流）を用いる点で実施例１と相違する。

従って、本実施例での透過率のモニター値は、スリット２次電子４１５の信号強度である選択スリット板の反射電子信号と選択スリットの透過電子ビーム電流である透過電流の比率を計算し、その比率の変化量から求めることになる。すなわち、これらの透過率モニター部により選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターすることが可能となる。

なお、ファラデーカップでの電流値の測定の際には選択スリットを透過した後の電子ビームの軌道を偏向器により制御することになる。

本実施例のメリットは、スリット電流を測定するための絶縁処理や配線が不要になる点と、２次電子が試料の表面状態に影響されるのに対してファラデーカップで測定される選択スリットを透過した透過電子ビーム電流は正確で信頼性が高い点である。

なお、実施例１で用いた透過電子信号（２次電子１１７の信号量）とスリット信号（スリット２次電子４１５）の組み合わせで透過率をモニターすることも可能である。また、実施例１で用いたスリット電流と透過電流（ファラデーカップで測定される選択スリットを透過した透過電子ビーム電流）の組み合わせで透過率をモニターしても良い。

なお、本実施例ではロット毎に透過率をモニターした。これにより電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.25nmに制御することが可能となった。

以上説明したように、本実施例は、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板とを有し、前記選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部を有し、該透過率モニター部は、透過電流量の計測部と、選択スリット板の反射電子信号の計測部と、該２つの計測部からの信号の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなる構成とする。

これにより、本実施例では、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができる。

本実施例は、選択スリット板の選択スリットを透過する透過率を直接求める例を示す。図６は、本実施例で用いる選択スリット板と電子ビームを示した図である。他の全体構成は、実施例１または２と同様である。

図６において、選択スリット板５００は、エネルギー分散低減のための選択スリット５０１の近傍に、実質的に電子ビーム全体を透過させることの出来る大きなサイズの開口（透過開口５０３）を有している。本実施例では電子ビームを２つの開口（選択スリット５０１と透過開口５０３）間で電気的に移動させ、２つの透過電子信号または透過電流を測定する。そしてこの２つの値の比率から、電子源から発生する電子ビーム全体に対する選択スリットを透過する電子ビームの割合として電子ビームの透過率を求め、モニター値としている。すなわち、これらの透過率モニター部により選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターすることが可能となる。本実施例のメリットは、透過率の測定にスリット電流やスリット２次電子の測定が不要であり、透過率が絶対値として求まることにある。

以上説明したように、本実施例は、選択スリット板として、選択スリットの近傍に電子ビームの全体を透過させる透過開口を有し、透過率モニター部は、選択スリットを透過する透過電子信号もしくは透過電流の第１の計測値と、前記透過開口を透過する透過電子信号もしくは透過電流の第２の計測値を計測する計測部と、前記第１と第２の計測値の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなる構成とする。

これにより、本実施例では、選択スリット上の電子ビーム位置に関する情報を効率良くモニターすることが可能で、結果としてエネルギー分散低減や分解能向上の安定化を実現することができるという効果に加えて、透過率の測定にスリット電流やスリット２次電子の測定が不要であり、透過率が絶対値として求まるという効果がある。

本実施例は、前記したスリット２次電子の信号強度を利用して、電子ビームの透過率をモニターするタイミングを決める基準とする例について説明する。

すなわち、スリット２次電子信号は常時計測が可能であり、本来の目的に使用する時間を削減することはない。また、この信号の変化をモニターすることで何らかの異常検知は期待できる。しかし、前に述べたように照射電子ビームの変動があるために選択スリット板上の電子ビームの位置のモニターとしては不完全である。従って、本実施例ではスリット２次電子の信号強度変化が基準値を越えた場合に透過率を測定し、電子ビーム位置を調整する必要があるか判定することとした。

図７に、スリット２次電子の信号強度を利用した透過率測定タイミングのフローチャートを示す。図７において、Ｓ０６でスリット２次電子の信号強度を測定する。具体的な構成は、図５のスリット検出器４１１により検出する。そして、Ｓ０７で信号強度の変化率を計算する。そして、Ｓ０８で、その値が基準値を越えたか否かを判断し、基準値以上の場合は、Ｓ０９で透過率の測定を実施する。
なお、ここでは信号強度の変化する変化量として相対的変化を示す変化率で説明したが、変化する値の絶対値であってもよい。

以上、本実施例では、電子ビームの透過率をモニターするタイミングを決める基準としてスリット２次電子信号の強度を利用する点を説明したが、この考え方は他の信号（スリット電流、透過電子信号、透過電流）にも適用可能である。また、このタイミングと並行してウエハ毎やロット毎の透過率のモニターを行うことは有効と考えられる。

なお、本実施例とロット毎の透過率のモニターを組み合わせることで電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.15nmに制御することが可能となった。

以上説明したように、本実施例は、選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流を測定し、該測定値の変化量が基準値を越えた場合に、透過率モニター部で選択スリットでの電子ビームの透過率を計測する構成とする。これにより、電子ビームの透過率をモニターするタイミングを決めることが出来る。

本実施例は、選択スリット板上の電子ビーム位置調整の実施可否判断と、位置調整の具体的処理判断の例について説明する。

本実施例の処理フローを図８に示す。本実施例に係る全体構成は、図１または図５と同じであり、処理フローとして、基準値を複数設けている点で、図３と異なる。

図８において、Ｓ１０、Ｓ１１、Ｓ１２で透過率をモニターし変化が第１基準値未満か判定する。これは、図３のＳ０１、Ｓ０２、Ｓ０３と同様の処理である。第１基準値以上の場合は、選択スリット板上での電子ビーム位置が大きくずれたと判定し、電子ビーム位置調整の実施に移る。

ここで、位置調整は、実施例１でも説明したように、選択スリット板上での電子ビームの偏向走査により偏向走査部により実施する。その具体的手段として、第１静電偏向器１５０、第１電磁偏向器１５１や第１アライナー１０２のような偏向器による補正によりスリット上のビーム位置を調整する方法と、スリット移動機構１７１による機械的なスリットステージの駆動により相対的な電子ビーム位置の調整を行なう方法がある。偏向器による調整では偏向器補正の累積値が大きくなると電子ビームの軌道のずれが大きくなる。また、スリットステージの駆動による機械的な位置制御は電気的な電子ビームの位置制御ほど位置分解能がないが、大きく動かすことが可能であり、両者をうまく使い分けることが重要である。

よって、Ｓ１３において偏向器補正の累積値を参照し、Ｓ１４で、その値が第２基準値以上であるかを判定し、第２基準値以下の場合は、Ｓ１５で偏向器による偏向量の強度調整を行うことでスリット上のビーム位置を調整する。一方、第２基準値以上の場合は、Ｓ１６で、電子ビームの軌道のずれが大きくなるために、スリットステージの駆動により移動調整を行い相対的な電子ビーム位置の調整を行う。

なお、スリットステージの駆動を行う場合は電子ビームの光学的な軸調整も併用し、偏向器制御は初期状態に戻すことが望ましい。

以上説明したように、本実施例は、選択スリット板上での電子ビームの偏向走査にあたって、偏向器による電子ビーム補正の累積値が第２の基準値より大きいかを判断し、該累積値が第２の基準値未満であれば前記偏向器による電子ビーム位置調整を行い、該累積値が第２の基準値以上であればスリット移動機構による選択スリット位置調整を行う構成とした。これにより、選択スリット板上の電子ビーム位置調整において、位置分解能による精度と位置調整スピードの両方を考慮した調整が可能となる。

本実施例では、焦点補正について説明する。

前述したように、選択スリット板上の電子ビームの移動は電子ビームのエネルギーの中心値をシフトさせる。このことは電子ビームの試料面上での焦点位置を変化させるため、分解能の変動の原因となる。汎用ＳＥＭではマニュアルによる焦点補正を常時行うために実質的にこの変動は顕在化しにくい。しかし、測長ＳＥＭの様に撮像以外の動作を避けたい装置の場合は焦点補正の回数を出来るだけ抑えることが好ましい。従って、本実施例では、透過率をモニターし、その変化が基準値以上の場合に焦点補正を行うようにした。なお、本実施例の走査電子顕微鏡の全体構成は、実施例１または２と同様である。

図９に本実施例のフローチャートを示す。図９において、Ｓ１７、Ｓ１８、Ｓ１９で透過率をモニターし変化が基準値未満か判定する。なお、Ｓ１８ではモニター値の変化する変化量として相対的変化を示す変化率で説明したが、変化する値の絶対値であってもよい。また、透過率のモニター値としては、実施例１または２と同様の、選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流である。

そして、モニター値が基準値を越えた場合に、Ｓ２０で焦点補正を行う。このようにすれば、分解能の変動を少ない回数の焦点補正動作で抑制することが可能である。

なお、焦点補正用の基準値は、実施例５の電子ビーム位置調整の実施可否判断のための第１の基準値より小さい。また、焦点補正は通常よく行われる対物電磁コイルの電流を変化させても良いが、ここではステージ電圧を変化させることで対応する。焦点変化の原因が電子ビームのエネルギーの変化であるために試料への照射エネルギーを一定に保つために、ステージ電圧を変化させることとした。

なお、本実施例と30分毎の透過率のモニターを組み合わせることで電子ビームの試料上での分解能を1.5nm±0.1nmに制御することが可能となった。

以上説明したように、本実施例は、電子ビームを発生させる電子源と、電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板と、試料に電子ビームを照射する対物レンズと、試料を置くステージと、選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流をモニターする透過率モニター部を有し、該モニター値の変化量が基準値より大きくなった場合に前記試料上での焦点補正を行う構成とした。これにより、分解能の変動を少ない回数の焦点補正動作で抑制することが可能となる。

本実施例は、電子ビーム形状について説明する。

図１０は、本実施例における選択スリット板上の電子ビームの形状を示す図である。図１０において、電子ビームの形状は、図２と比較して、選択スリット３００２の長手方向に幅を持っている。

通常、選択スリットに照射する電子ビームは、図１１に示すようにスリット上で合焦点を形成する。これはエネルギー分散の選択スリットによる選択性を高めるためである。しかし、選択スリットの長手方向に対しては必ずしもその必要はない。また、図１１に示したように、本実施例ではスリット電流値と透過電流値の比率から電子ビームの透過率をモニターしている。ミクロンオーダー以下の微小なサイズのスリットを作る場合は、選択スリットの長手方向の長さにも限界があり、従って、選択スリットの長手方向の電子ビーム位置変化にも注意を払う必要がある。その際、図２のような選択スリットの長手方向に幅のない電子ビーム形状では、電子ビームが選択スリットの長手方向の端に到達した場合に急に透過電流が減少することになり、透過率のモニターが異常を発見するのが遅れることになる。

したがって、選択スリットの長手方向の電子ビームの位置変動に対する感度を低下させるために、電子ビームの選択スリットの長手方向、言い換えれば、電子ビームの軌道を分散させる方向とおおよそ垂直方向、を合焦点の場合より幅を大きくして選択スリット板に照射することが望ましい。

具体的実現手段としては、選択スリット板上での焦点状態をデフォーカス状態にするか、非点収差とデフォーカスを組み合わせて、電子ビームの選択スリットの長手方向のみ幅を持たせる手法が有効である。

本実施例は、モニター画面例について説明する。

図１２は、本実施例におけるモニター画面を示す図である。図１２において、画面にはモニター値、モニター頻度、基準値レベルの選択結果が表示されている。また、過去のモニター値の変化を示すグラフが描かれている。また、モニター履歴のＯＮ、ＯＦＦ表示も設けている。これらを参考にして装置状態に適したモニター方法を選択することができる。

本実施例は、基準値の設定について説明する。

前述した各実施例で用いた基準値は、装置の必要とする分解能やスループット等によって変わるので、適宜設定する必要がある。その値は、事前に設定しても良いし、実測しながらその都度設定してもよい。事前に設定する場合には、例えばテーブルとして、図１の記録装置１４５にあらかじめ記録しておき、設定時にそのテーブルを参照して設定する。

図１３に、選択スリット板上の電子ビーム位置の調整を行うための透過率の変化率の基準値の場合について、モード別の設定値テーブルを示す。図１３において、例えば、高分解能モード１であれば、その基準値は小として、きめ細かく制御を行う。また、高速モード２では、スループットを優先として、細かな調整は省くモードであり、その時の基準値は大とする。また、大電流モード３では、信号強度を保持するために大電流を流すモードであり、その時の基準値は中とする。さらに、高焦点深度モード４の場合も、その時の基準値は中とする。

以上実施例について説明したが、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、本実施例ではウイーンフィルタの実施例についてのみ記載したが、オメガフィルタやガンマフィルタといった他の方式のエネルギーフィルタにも有効である。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。

１００：電子源、１０１：電子銃、１０２：第１アライナー、
１０３：第１コンデンサレンズ、１０５：第２コンデンサレンズ、
１０６：第１走査偏向器、１０８：第２走査偏向器、１１３：対物レンズ、
１１４：試料、１１５：ステージ、１１６：１次電子、１１７：２次電子、
１２１：検出器、１３１：電子銃制御部、１３２：第１アライナー制御部、
１３３：第１コンデンサレンズ制御部、１３５：第２コンデンサレンズ制御部、１３６：検出系制御部、１３７：第１走査偏向器制御部、
１３９：第２走査偏向器制御部、１４１：ブースター電圧制御部、
１４２：対物レンズ制御部、１４４：試料電圧制御部、１４５：記録装置、
１４６：装置全体の制御演算装置、１４７：表示装置、
１５０：第１静電偏向器、１５１：第１電磁偏向器、１６０：第２静電偏向器、
１６１：第２電磁偏向器、１７０：選択スリット板、１７１：スリット移動機構、
１７２：スリット制御部、１８０：スリット電流計測部、
１８１：スリット電流と２次電子信号の比率の計算部、
１８２：比率の変化の計算部、３０２：選択スリット、３０３：電子ビーム、
３０４：スリット上での偏向色収差発生方向、４１１：スリット検出器、
４１２：スリット検出系制御部、４１３：ファラデーカップ、
４１４：透過電流計測部、４１５：スリット２次電子、５００：選択スリット板、
５０１：選択スリット、５０２：電子ビーム、５０３：透過開口、
４８１：スリット信号と透過電流の比率の計算部、７０１：選択スリット、
７０２：電子ビーム、１００１：選択スリット板、１００２：選択スリット、
１００３：電子ビーム、１００４：スリット上での偏向色収差発生方向、
１１０１：電子ビーム、１１０２：ＥｘＢ、１１０３：選択スリット、
１１０４：スリット電流計、１１０５：透過電流計、１１０６：演算装置

Claims (7)

1. 電子ビームを発生させる電子源と、
   電子ビームの異なるエネルギーの電子の軌道を分散させる軌道分散器と、
   分散された電子ビームのエネルギー範囲の選択を行う選択スリットを有する選択スリット板と、
   前記選択スリットを透過する電子ビームの透過率をモニターする透過率モニター部と、
   前記選択スリット板上で電子ビームを偏向走査する偏向走査部と、
   を有し、
   前記透過率の変化量が基準値を越えた場合に、前記偏向走査部により選択スリット上で電子ビームを偏向走査し、
   前記偏向走査部は、電子ビームを偏向する偏向器または前記選択スリット板を移動させるスリット移動機構であり、
   前記偏向走査にあたって、前記偏向器による電子ビーム補正の累積値が第２の基準値より大きいかを判断し、
   該累積値が第２の基準値未満であれば前記偏向器による電子ビーム位置調整を行い、
   該累積値が第２の基準値以上であれば前記スリット移動機構による選択スリット位置調整を行うことを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 請求項１に記載の走査電子顕微鏡であって、
   前記軌道分散器は、重なり合った電磁偏向器と静電偏向器の組からなることを特徴とする走査電子顕微鏡。
3. 請求項２に記載の走査電子顕微鏡であって、
   重なり合った第２の電磁偏向器と第２の静電偏向器からなる第２の組を有し、前記組と第２の組が前記選択スリットを挟んで配置されることを特徴とする走査電子顕微鏡。
4. 請求項１に記載の走査電子顕微鏡であって、
   前記透過率モニター部は、選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流の計測部と、選択スリット板の反射電子信号もしくは選択スリット板に流れるスリット電流の計測部と、該２つの計測部からの信号の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなることを特徴とする走査電子顕微鏡。
5. 請求項１に記載の走査電子顕微鏡であって、
   前記選択スリット板は、前記選択スリットの近傍に前記電子ビームの全体を透過させる透過開口を有し、
   前記透過率モニター部は、前記選択スリットを透過する透過電子信号もしくは透過電流の第１の計測値と、前記透過開口を透過する透過電子信号もしくは透過電流の第２の計測値を計測する計測部と、前記第１と第２の計測値の比率を計算する計算部と、前記比率の変化量を計算する計算部とからなることを特徴とする走査電子顕微鏡。
6. 請求項１に記載の走査電子顕微鏡であって、
   選択スリットの透過電子信号もしくは透過電流もしくは選択スリット板の反射電子信号あるいは選択スリット板に流れるスリット電流を測定し、該スリット電流の測定値の変化量が基準値を越えた場合に、前記透過率モニター部で前記選択スリットでの電子ビームの透過率を計測することを特徴とする走査電子顕微鏡。
7. 請求項１に記載の走査電子顕微鏡であって、
   前記選択スリットの長手方向での前記電子ビームの幅を、前記選択スリット上で合焦させる場合よりも大きくしたことを特徴とする走査電子顕微鏡。

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