WO2010035386A1 - 荷電粒子線応用装置およびその幾何収差測定方法 - Google Patents

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WO2010035386A1
WO2010035386A1 PCT/JP2009/003751 JP2009003751W WO2010035386A1 WO 2010035386 A1 WO2010035386 A1 WO 2010035386A1 JP 2009003751 W JP2009003751 W JP 2009003751W WO 2010035386 A1 WO2010035386 A1 WO 2010035386A1
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diaphragm
aberration
particle beam
charged particle
aperture
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PCT/JP2009/003751
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中野朝則
川崎猛
廣瀬琴子
伊藤博之
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株式会社日立ハイテクノロジーズ
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    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/153—Electron-optical or ion-optical arrangements for the correction of image defects, e.g. stigmators
    • H—ELECTRICITY
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    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
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    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/26—Electron or ion microscopes
    • H01J2237/282—Determination of microscope properties

Definitions

  • the present invention relates to a charged particle beam application apparatus that scans and irradiates a sample with a charged particle beam and acquires secondary electrons, reflected electrons, or transmitted electrons from the sample, and a geometric aberration measuring method thereof.
  • a lens using an electric field or a magnetic field is always used to focus the charged particle beam.
  • SEM scanning electron microscope
  • TEM transmission electron microscope
  • various aberrations inevitably occur. Therefore, even if an attempt is made to narrow the charged particle beam by increasing the reduction ratio, if the aberration is large, the spot diameter cannot be reduced, and the fine structure cannot be observed and the dimensional measurement accuracy cannot be improved.
  • This aberration corrector is usually composed of multipole lenses installed in multiple stages, and generates an electric field or magnetic field in the multipole lens, thereby removing aberrations contained in a charged particle beam passing through the interior.
  • Patent Document 1 As a technique for detecting and correcting the geometric aberration of the charged particle beam apparatus, for example, there is a deconvolution technique disclosed in Patent Document 1. This technique obtains a just-focus image and a plurality of defocus images, applies Fourier transform to each image data, and divides the Fourier-transformed defocus image data by the Fourier-transform just-focus image data. Then, inverse Fourier transform is performed on this value to obtain beam profile data. Then, various geometric aberrations are obtained based on the beam profile data, and the aberration corrector is operated in accordance with each aberration amount to remove various aberrations.
  • Patent Document 2 discloses a technique for measuring an aberration by providing an opening angle control lens that adjusts an opening angle of a charged particle beam incident on a sample, and controlling the opening angle to reveal a second-order or higher geometric aberration. ing.
  • Patent Document 3 discloses a technique for correcting a chromatic aberration and a geometric aberration by having a plurality of apertures as a means for dividing a light path of a primary charged particle beam into a plurality of parts.
  • the plurality of openings includes a first opening arranged on the optical axis of the primary charged particle beam and a plurality of openings arranged in an annular shape on one circumference centering on the first opening.
  • Patent Document 1 discloses only a third-order aberration measurement method as a method for obtaining geometric aberration, and does not disclose a higher-order aberration measurement method.
  • this method makes it difficult to separate aberrations between different orders. It is thought that the number of repetitions increases and it takes time to correct aberrations.
  • Patent Document 2 In the technique disclosed in Patent Document 2, it is necessary to measure the geometric aberration that has become apparent for each order, and there is a problem that time is required for precise measurement.
  • the aberration is determined from the appearance of the image. That is, the user adjusts the aberration corrector so that the rings overlap while visually checking the SEM image on the monitor. For this reason, a plurality of geometrical aberrations cannot be accurately separated, and there is a problem that they cannot be applied to samples other than a single structure.
  • the present invention pays attention to such a conventional problem, and an object thereof is to provide a charged particle beam apparatus capable of shortening the time required for measuring higher-order geometric aberration without reducing accuracy.
  • the charged particle beam application apparatus includes a sample stage on which a sample is placed, an irradiation optical system that scans a primary charged particle beam with respect to the sample placed on the sample stage, and the charged particle beam.
  • a detector for detecting secondary charged particles generated by scanning a display means for displaying an image of an output signal of the detector, and an arithmetic unit for detecting aberration
  • the irradiation optical system includes an aberration corrector that corrects an aberration of the primary charged particle beam incident from a charged particle beam source, and an aberration measurement diaphragm that is disposed between the charged particle beam source and the aberration corrector.
  • the aberration measurement diaphragm includes a first diaphragm portion including a central opening disposed on the optical axis of the primary charged particles emitted from the charged particle beam source, a central opening centered on the optical axis, and A second throttle part having a plurality of openings each arranged annularly on a plurality of concentric circles having different radii on the outside,
  • the arithmetic device includes a first image acquired by a charged particle beam that has passed only through the opening of the first diaphragm, and a plurality of openings of the second diaphragm in the same scanning region as the first image. And a function of acquiring the second image acquired by the charged particle beam passing through the first image and a function of measuring the aberration from the first image and the second image.
  • a plurality of images can be acquired in the circumferential direction by a porous diaphragm having different radii (convergence angles) provided on the aberration measurement diaphragm, and images having a plurality of convergence angles can be obtained.
  • restriction which has the single circular opening and several opening which become the 1st Example of this invention.
  • the flowchart of the aberration corrector adjustment by 1st Example The figure which shows the example of the primary aberration figure by the 1st Example.
  • a single-hole aperture and a multi-hole aperture are used when measuring geometric aberration, and a scanning charged particle beam image (for example, an SEM image or an STEM image) is used. Then, two types of images are obtained: an image obtained by scanning the sample with a single beam and an overlapping image obtained by scanning with a plurality of beams. When the two types of images are deconvoluted, a beam profile inclined in a plurality of directions can be obtained.
  • a scanning charged particle beam image for example, an SEM image or an STEM image
  • the present invention may be applied to a scanning electron microscope, a semiconductor inspection apparatus, a scanning transmission electron microscope, a focused ion beam apparatus, and the like. That is, for other charged particle beam devices such as other electron beam application devices and protons and ions, the configuration of lenses and aberration correctors varies depending on the type, but basically the same method as in this embodiment can be applied. .
  • the aberration corrector is assumed to correct chromatic aberration and third-order or lower geometrical aberrations. However, in the embodiments, geometrical aberrations are described, and unless otherwise noted, aberrations refer to geometrical aberrations.
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of a scanning electron microscope based on the first embodiment of the present invention.
  • the scanning electron microscope of the present embodiment roughly controls each component of the SEM column 101 that irradiates or scans the sample with an electron beam, the sample chamber 102 in which the sample stage is stored, the SEM column 101 and the sample chamber 102.
  • a control unit 103 for example, a control unit 103.
  • the control unit 103 including the control computer 30 further includes a data storage 76 for storing predetermined information, a monitor 77 for displaying acquired images, an operation console 78 serving as a man-machine interface between the electron microscope and the user, and An aberration calculator 79 is connected.
  • the console 78 is configured by information input means such as a keyboard and a mouse.
  • the aberration calculator 79 has a function of calculating various aberration amounts by processing a plurality of acquired SEM images having different convergence angles.
  • the aberration calculation device 79 can be incorporated in the control computer 30 as an aberration calculation program.
  • a Schottky electron source 1 as a charged particle beam source is an electron source that uses a Schottky effect by diffusing oxygen, zirconium, or the like into a single crystal of tungsten, and a suppressor electrode 2 and an extraction electrode 3 are provided in the vicinity thereof. .
  • the Schottky electron source 1 is heated and a voltage of about +2 kV is applied between the extraction electrode 3 and Schottky electrons are emitted.
  • a negative voltage is applied to the suppressor electrode 2 to suppress emission of electrons from other than the tip of the Schottky electron source 1.
  • the electron beam that has exited the hole of the extraction electrode 3 is accelerated and converged by an electrostatic lens formed by the first anode 4 and the second anode 5, and the electron beam further passes along the optical axis 60 to the subsequent components.
  • the electron beam has its beam current limited by the beam limiting movable diaphragm 33, converged by the first condenser lens 6 that controls the opening angle and convergence angle, and the beam diameter is limited by the aberration measuring movable diaphragm 31. Then, the light passes through the second condenser lens 7 and the deflector 8 that adjust the passing electron beam to a specified angle, and enters the aberration corrector 10.
  • the movable diaphragm 31 for aberration measurement is composed of a single circular opening at the center and a porous diaphragm on the outer peripheral side thereof.
  • the aperture stop for aberration measurement may be disposed at the subsequent stage of the second condenser lens 7.
  • the deflector 8 is adjusted so that the axis of the condenser lens 7 and the axis of the aberration corrector 10 coincide.
  • the deflector 51 is adjusted so that the axis of the condenser lens 6 and the axis of the movable diaphragm 31 coincide.
  • a description will be given taking a quadrupole-octupole aberration corrector 10 as an example.
  • a quadrupole and an octupole are formed.
  • a 12-pole electrode which may also serve as a magnetic pole
  • a quadrupole or an octupole, a dipole, a hexapole, Twelve poles can also be formed and used to electrically correct field distortions caused by electrode, pole assembly errors, and pole material inhomogeneities.
  • the electron beam given chromatic aberration and spherical aberration that cancels out the objective lens 17 by the aberration corrector 10 is deflected by the objective aligner 38 so as to pass through the objective lens axis, and converges on the sample 18 by the objective lens 17.
  • the spot is scanned on the sample by the scanning deflector 15.
  • a sample stage 80 having a sample placement surface on which the sample 17 is placed is stored. Secondary electrons generated by the electron beam irradiation pass through the objective lens 17 and hit the reflector 72 to generate electrons. The generated electrons are detected by the secondary electron detector 73, but the position where the secondary electrons hit the reflecting plate 72 can be adjusted by the ExB deflector 71. The detected secondary electron signal is taken into the control computer 30 as a luminance signal synchronized with scanning. The control computer 30 performs appropriate processing on the acquired luminance signal information and displays it on the monitor 77 as an SEM image.
  • the ExB deflector 71 collects secondary electrons directly on the secondary electron detector 73, or if a coaxial disk-shaped secondary electron detector with a hole in the center is arranged on the optical axis 60, the reflector 72 is not necessarily required. is not.
  • the control unit 103 includes an electron gun power source 20, a control voltage source 21, an acceleration voltage source 22, a first condenser lens power source 23, a second condenser lens power source 24, a deflection coil power source 25, an aberration corrector power source 26, a scanning coil power source 27, Objective lens power supply 28, retarding power supply 29, movable aperture fine movement mechanism 32, astigmatism correction coil power supply 35, objective aligner power supply 37, deflection coil power supply 50, objective secondary electron detector power supply 74, ExB deflector power supply 75, sample stage It is configured by a control mechanism 81 and the like, and each is connected to a corresponding component in the SEM column by a signal transmission path, electrical wiring, or the like.
  • the movable diaphragm 31 for measuring aberration includes a first diaphragm section 200 provided on the diaphragm plate 310 and having a central opening, that is, a first opening 210 disposed on the optical axis of the primary charged particles. And a second aperture part (201, 202) comprising a plurality of aperture groups arranged annularly on a plurality of concentric circles having different radii at positions away from the first aperture part.
  • the second diaphragm portion has a diaphragm B (201) having a second aperture group 211, 212 concentric with the first opening 210 ′ and a concentric circle with respect to the first opening 210 ′′.
  • the diaphragm C (202) having the second aperture groups 213 and 214.
  • the movable diaphragm 31 for aberration measurement of the present embodiment includes a single-hole diaphragm (diaphragm A) located at the center, and This is composed of a plurality of constricted apertures (aperture B, aperture C) arranged on a plurality of concentric circles in a region having a radius larger than that of the single aperture aperture.
  • the first diaphragm section 200 and the second diaphragm section (201 and 202) are arranged on different lines on a single diaphragm plate 310.
  • the movable diaphragm 31 is configured to be movable left and right by a movable diaphragm fine movement mechanism 32 so that the central opening of one of the diaphragms is positioned on the optical axis.
  • each opening of the opening groups 201 and 202 constituting the second diaphragm portion has an annular shape formed along concentric circles. That is, the plurality of openings arranged concentrically with the optical axis have an annular shape, and are provided with a cut-out or non-transparent region as a mark at a specific phase on the ring for extracting phase information. ing.
  • the second aperture group 201 includes a central aperture 210 ′ having a radius (R0) equivalent to the aperture 200 of the first aperture section, an aperture group 211 having a radius R1 located outside the central aperture, It is composed of a group of openings 212 having a radius R2 located outside thereof.
  • the second aperture group 202 includes a central aperture 210 ′′ having the same radius as the aperture 200 of the first aperture section, an aperture group 213 having a radius R3 located outside the central aperture, and outside the central aperture group 213. And an opening 214 having a radius R4.
  • each aperture and aperture group has a relationship of R0 ⁇ R3 ⁇ R1 ⁇ R2 ⁇ R4. Therefore, as shown in FIG. 2B, in the movable diaphragm 31 for measuring aberration, the aperture group 211 has the convergence angle ⁇ 1 of the beam on the aperture and the aperture group 212 has the convergence angle ⁇ 2 around the optical axis (FIG. 2B). (A)), the aperture group 213 has a convergence angle of ⁇ 3, and the aperture group 214 has a convergence angle of ⁇ 4 ((b) of FIG. 2B).
  • the first diaphragm section (diaphragm A) having a beam convergence angle ⁇ 0 and the second diaphragm section (diaphragm) having beam convergence angles ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • B) or the second diaphragm part (diaphragm C) with convergence angles ⁇ 3 and ⁇ 4 can be replaced with the optical axis.
  • each aperture group is provided with a non-transparent region 220 and a cutout 230 that serve as a mark for a specific phase on each circular ring in order to extract phase information.
  • the mark for extracting the period information on the non-transparent region 220 that is, the ring, is arranged to include an n-period component on the ring for the measurement of the nth-order aberration where n> 1.
  • the aperture group 211 and the aperture group 213 have three opaque regions on the same circumference as the three apertures, the aperture 212 has four opaque regions on the same circumference as the four aperture groups, and the aperture 214. Are provided with five opaque regions on the same circumference as the five aperture groups.
  • four aperture groups and non-transparent areas that are multiples of 2 are used.
  • the marks for extracting phase information on the ring are different marks (for example, cutouts) for at least one of the n periods in order to be able to determine which phase is on the diaphragm.
  • the marks for extracting the phase information are arranged at different periods, that is, at different intervals in the circumferential direction. Further, the marks for extracting the phase information are arranged with different phases (for example, inward cutout and outward cutout in the radial direction).
  • S10 The SEM image A is acquired at the first opening 200.
  • the SEM image A is stored on the data storage 76.
  • S11 The convergence angle on the movable diaphragm 31 is replaced with the second aperture group 201 (diaphragm B) having ⁇ 1 and ⁇ 2.
  • the diaphragms A and B are selected by changing the position of the diaphragm by the movable diaphragm fine movement mechanism 32, and the movable diaphragm fine movement mechanism 32 and the deflector so that the center position of the aperture of each diaphragm is arranged on the optical axis. 51 is adjusted.
  • S12 SEM image B is acquired.
  • the SEM image B is stored on the data storage 76.
  • S11C The convergence angle on the movable diaphragm 31 is exchanged with the second aperture group 202 (diaphragm C) having ⁇ 3 and ⁇ 4.
  • the diaphragms B and C are selected by changing the position by the movable diaphragm fine movement mechanism 32 and adjusted by the movable diaphragm fine movement mechanism 32 and the deflector 51 so that the opening center position of each diaphragm is arranged on the optical axis. Is done.
  • S12C The SEM image C is acquired. The SEM image C is stored on the data storage 76.
  • S13 SEM images A, B, and C are read into the aberration calculator 79 through the control computer 30. Then, the SEM image B is deconvoluted with the SEM image A on the aberration calculation device 79, and a deconvolution image B ′ is obtained.
  • the SEM image C is also deconvoluted with the SEM image A on the aberration calculator 79, and a deconvolution image C ′ is obtained.
  • S14 Various aberration amounts are calculated from the images B ′ and C ′ on the aberration calculator 79.
  • S15 Replace movable diaphragm 31 with first opening 200. Switching of the diaphragm from the second aperture group 202 to the first opening 200 is performed by changing the position of the diaphragm by the movable diaphragm fine movement mechanism 32, and the movable diaphragm is arranged so that the center position of the opening is arranged on the optical axis. Adjustment is made by the fine movement mechanism 32 and the deflector 51.
  • the aperture replacement may be performed during the operation of (S13) to (S16) or in parallel during the operation after image acquisition.
  • S16 Each obtained aberration amount is compared with a predetermined threshold value, and if it is equal to or less than the threshold value, the process ends. If it is equal to or greater than the threshold value, the process proceeds to (S17).
  • S17 A correction amount corresponding to the amount of aberration is added, and (S10) returns to the aberration measurement loop from SEM image A acquisition.
  • the relationship between the aberration amount and the correction amount the relationship between the correction parameter and the aberration change amount is obtained in advance, and the correction parameter is changed in a direction in which the aberration decreases.
  • the correction parameter refers to the intensity of the dipole, quadrupole, hexapole, octupole, and 12 pole of the aberration corrector.
  • the aberration is corrected by repeating the loop from (S10) to (S17).
  • the amount of aberration can be calculated from the shape and size of the aberration graphic and phase information.
  • FIG. 2 shows examples of aberration diagrams obtained by using the apertures of the first aperture (single circular aperture) 200 and the second aperture group (annular aperture) 201 from FIG. This is shown in FIG.
  • the aberrations in FIGS. 4 to 9 are all zero except for those that are explicitly stated.
  • the opening angle of the beam formed from the center hole of the second aperture group on the sample surface is 3 mrad
  • the outer ring The angle of incidence of the beam on the sample surface was 30 mrad
  • the image area was 80 ⁇ m ⁇ 80 ⁇ m.
  • FIGS. 4 to 9 show individual aberration states obtained from several separate electron microscopes.
  • FIG. 5 shows an example in which two types of aberrations are mixed in the aberration of FIG.
  • FIG. 4 shows an example of an aberration diagram obtained from the primary aberration.
  • C1: +1 ⁇ m shown in FIG. 4 (a) is used as a reference
  • C1: -1 ⁇ m shown in FIG. 4 (b) is rotated by 180 degrees, as shown in FIG. 4 (c).
  • A1Re shown in (d) of FIG. 4 Inverted to the horizontal axis at ⁇ 1 ⁇ m and rotated 180 degrees
  • A1Im: -1 ⁇ m shown in FIG. 4 (f) a shape that is inverted to the horizontal axis and rotated 90 degrees is obtained.
  • the inner and outer radii are proportional to C1, the opening angle and the convergence angle (hereinafter simply referred to as the convergence angle).
  • FIG. 5 shows an example in which primary aberrations are mixed.
  • A1Re: + 0.7 ⁇ m and A1Im: + 0.7 ⁇ m shown in Fig. 5 (a) are equivalent to A1 aberration, so it is reversed to the horizontal axis with respect to Fig. 4 (a).
  • C1 When C1 is mixed into A1, C1: + 0.6 ⁇ m and A1Re: + 0.3 ⁇ m shown in (c) of FIG. 5 cancel each other in the vertical direction and add in the horizontal direction.
  • C1 is negative, cancels in the vertical direction, and is added in the horizontal direction. The shape is rotated 180 degrees.
  • aberrations can be separated from shape, periodicity, and phase information.
  • FIG. 6 is an aberration diagram of secondary aberration.
  • A2 aberration diagrams (a), (b), (c), and (d) the number of cuts that are the opaque portions of the outer ring is changed from four to two. The two cuts are reversed by the sign of the aberration, and the phases are orthogonal at Re and Im.
  • B2 Aberration diagrams (e), (f), (g), and (h) have four to two cuts in the outer ring, and the center of the aberration pattern in the center hole and the inner and outer rings The movement direction and the phase of the break are reversed by the sign, and the movement directions are orthogonal between Re and Im.
  • FIG. 7 is an aberration diagram of third-order aberration.
  • the number of the inner ring breaks is changed from three to one, and the one cut is an aberration. Inverted by the sign, the phase is orthogonal between Re and Im.
  • the B3 aberration figure shown in (e), (f), (g), and (h) of FIG. 7 is a shape in which a square side is bent inwardly in an arc shape, and the cut (phase) is reversed by the sign of the aberration. However, the phase is 45 degrees different between Re and Im.
  • the C3 aberration diagram shown in FIGS. 7 (i) and (j) is the same as C1 in FIGS. 4 (a) and 4 (b) in the shape, sign, and phase change method.
  • the radius and the radius of the outer ring are proportional to the cube of the convergence angle and C3.
  • FIG. 8 is an aberration diagram of fourth-order aberration.
  • the number of outer ring cuts is changed from four to one, and one cut is an aberration. Inverted by the sign, the phase is orthogonal between Re and Im.
  • the B4 aberration diagram shown in (e), (f), (g), and (h) of FIG. 8 changes in the same way as the B2 aberration diagram, but the change with respect to the convergence angle is different.
  • B2 is proportional to the square
  • B4 is proportional to the fourth power. Therefore, the movement amount and radius of the inner ring are relatively small with respect to the outer ring.
  • the outer ring has four to two cuts, and the two cuts and shapes are as follows. It is inverted by the sign of the aberration, and the phase is orthogonal between Re and Im.
  • FIG. 9 is an aberration diagram of fifth-order aberration.
  • the A5 aberration pattern shown in FIGS. 9A, 9B, 9C, and 9D has no circular ring break, the period is 5 times, and the phase is inverted to the horizontal axis. It is reversed by the sign of and orthogonally crossed by Re and Im.
  • the ring breaks are arranged every 90 degrees, but when there are five breaks arranged every 72 degrees, the number of ring breaks is reduced from five to one.
  • the D5 aberration pattern shown in (i), (j), (k), and (l) of FIG. 9 has a shape having eight vertices, and the cuts are switched from the vertex to the inside by Re and Im, and the phase depends on the sign. Inverted and Re and Im are orthogonal.
  • the C5 aberration pattern shown in FIGS. 9 (m) and 9 (n) is the same as C1 in FIGS. 4 (a) and 4 (b), but the shape, sign, and phase change method are the same.
  • the radius and the radius of the outer ring are proportional to the fifth power of the convergence angle and C5.
  • the figure that is actually output is a complex figure that is a combination of FIGS. 4 and 6 to 9 according to the amount of aberration present in each electron microscope. Therefore, the aberration can be calculated by fitting (Equation 1) to (Equation 5) described below to each of these figures.
  • x and y are coordinates when the aberration figure is expressed in an orthogonal coordinate system, and the subscripts indicate the order.
  • ⁇ is the convergence angle (opening angle) on the sample surface
  • ⁇ is the phase on the diaphragm, and therefore the coordinates including the fifth-order aberration are
  • Aberration coefficients are 12 for the third order and 15 for the fourth to fifth orders.
  • C1, C3, and C5 have the same period, so that at least two types of convergence angles are required to obtain C3, and three types of convergence angles are required to obtain up to fifth order C5.
  • the aberration includes not only the example of FIG. 5 but also a plurality of aberrations between and within the orders. Accordingly, if the shape and control method of the diaphragm are selected and changed according to each aberration, the aberration can be obtained efficiently with a balance between time and accuracy.
  • annular aperture 201 may be used as the second aperture group of the movable diaphragm 31 for aberration measurement. That is, in the flowchart of FIG. 3, first, the SEM image A is acquired (S10), and is further replaced with the aperture B by the control of the movable aperture 31 (S11), and the SEM image B is acquired (S12). By deconvolution with the SEM image A, a deconvolution image B ′ is obtained (S13). Other processes (S14 to S17) are the same as those in the first embodiment.
  • a plurality of images can be acquired in a circumferential direction by a plurality of porous apertures having different radii (convergence angles) provided in the aberration measurement aperture, and a plurality of convergence angles can be obtained.
  • These images can be taken out with emphasis on aberrations of a specific order by selecting a porous aperture. Therefore, high-order aberration can be measured in a short time without reducing accuracy. For this reason, the damage given to the sample can be reduced, the throughput of the semiconductor measuring device can be improved, and the manual correction can reduce the load on the operator. Furthermore, by changing the number and phase of the opaque parts of the ring, the measurement accuracy of the aberration corresponding to the period can be increased.
  • high-order aberration that is, third-order aberration and fifth-order aberration can be measured in a short time without degrading accuracy.
  • FIG. 10 shows a second aperture group in place of the circular apertures (second apertures) 201 and 202 of Example 1, as another example of the aberration measuring diaphragm 31 for measuring aberrations up to the fifth order.
  • Such an annular opening 203 (second aperture D) may be used.
  • the annular opening 203 includes three opening groups 241, 242 and 243 arranged on three concentric circles having the same center as that of the central first opening 240.
  • each aperture group is provided with a non-transparent region 245 and a cutout 246 that serve as a mark at a specific phase on each ring for extracting phase information.
  • the first opening 240 also serves as the central opening of the second diaphragm.
  • high-order aberration measurement can be performed in a short time without degrading accuracy. For this reason, the damage given to the sample can be reduced, the throughput of the semiconductor measuring device can be improved, and the manual correction can reduce the load on the operator. Furthermore, by changing the number and phase of the opaque parts of the ring, the measurement accuracy of the aberration corresponding to the period can be increased.
  • Example 3 shows an example of an aberration measuring method by changing the crossover position in place of the aberration measuring method using the movable diaphragm of the first embodiment.
  • the scanning electron microscope to which this embodiment is applied adopts the configuration shown in FIG. However, a diaphragm (fixed diaphragm) having an annular opening 203 shown in FIG. This diaphragm has an opening 240 common to the first and second diaphragms in the center of the plate. Further, the scanning electron microscope has a crossover changing function.
  • FIG. 12 shows a flowchart of aberration measurement according to this example.
  • the axis adjustment or the like is performed, the correction voltage can be superimposed, and the SEM image can be acquired.
  • An annular opening 203 is inserted in the stop, and an electron beam is irradiated to a region including only the central circular opening as shown in FIG.
  • the crossover position in this state is the crossover a, and is at the crossover a position 300 shown in FIG.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of the optical system showing the electron beam from the light source to the aberration corrector.
  • the crossover in the flowchart is changed by changing the intensity of the first condenser lens 6.
  • the deflector 51 is adjusted so that the electron beam is irradiated onto the optical axis at the aperture center position,
  • the intensity of the second condenser lens 7 is adjusted so that the beam that has passed through the second condenser lens 7 is maintained parallel to the optical axis.
  • S20 SEM image A is acquired at crossover a.
  • the SEM image A is stored on the data storage 76.
  • S21): The excitation of the first capacitor is changed and changed to the crossover b position 301 as shown in FIG. 13 (b).
  • the electron beam includes all the openings of the annular opening 203 as shown in FIG. (S22): SEM image B is acquired.
  • the SEM image A and the SEM image B are stored on the data storage 76 and can be read by the aberration calculator 79 through the control computer 30.
  • S23 The SEM image B is deconvoluted with the SEM image A on the aberration calculating device 79 to obtain a deconvolution image B ′.
  • S24 Various aberration amounts are calculated from the image B ′.
  • the aberration calculation device can also be incorporated in the control computer 30 as an aberration calculation program.
  • the image B ′ obtained here is equivalent to the image obtained by using the circular opening 203 in the second opening group in the first embodiment. Therefore, the aberration amount calculation from the image B ′ can be obtained by the same method as in the first embodiment.
  • high-order aberration measurement can be performed in a short time without degrading accuracy. For this reason, the damage given to the sample can be reduced, the throughput of the semiconductor measuring device can be improved, and the manual correction can reduce the load on the operator. Furthermore, by changing the number and phase of the opaque parts of the ring, the measurement accuracy of the aberration corresponding to the period can be increased.
  • Example 4 of the present invention will be described with reference to FIGS.
  • the method of the present invention can be applied not only to the aberration calculation method used in the first embodiment, but also to the aberration measurement by changing the focus position of the beam on the sample surface.
  • the invention of the aberration calculation method described in Japanese Patent Application No. 2008-040815 previously proposed by the inventors is applied to the aberration measurement method of this embodiment.
  • the invention described in Japanese Patent Application No. 2008-040815 is a technique for obtaining geometrical aberrations from the first order to the fifth order by changing the focus position of the beam on the sample surface. This technique has a problem that a high-accuracy measurement requires images of a beam tilted to a plurality of phases, and the measurement takes time.
  • an example using an aberration measurement method by changing the crossover position is shown.
  • An aberration measurement method using a movable diaphragm is also possible.
  • the aperture is not a circular aperture but a concentric circular aperture (fixed aperture).
  • a diaphragm plate 310 shown in FIG. 16A in which a circular opening 250 is formed is used.
  • the circular opening 204 has an outermost independent opening 252, which is used for phase confirmation and plays the same role as the cutout of the annular diaphragm.
  • the basic configuration and method other than the diaphragm are the same as those in the third embodiment, and a flowchart is shown in FIG.
  • the acquisition of the SEM image B (n) by defocus is based on the SEM image A acquisition condition plus the defocus offset j as a reference, and N sheets in the negative direction and M in the positive direction at the defocus interval ⁇ f from the reference.
  • N + M + 1 images at the sheet and reference position is shown.
  • the start point is in a state where the axis adjustment or the like is performed, the correction voltage can be superimposed, and the SEM image can be acquired.
  • a circular opening 204 in FIG. 16 (a) is inserted in the diaphragm, and a state of crossover a is assumed.
  • S30 First, an SEM image A is acquired. The SEM image A is stored on the data storage 76.
  • S31) The excitation of the first condenser lens and the second condenser lens is changed to a crossover b state.
  • S32 Change the focus of the objective lens by ⁇ N ⁇ f + j (defocus).
  • S33): Image acquisition state n ⁇ N.
  • S34 SEM image B (n) is acquired.
  • the SEM image B is stored on the data storage 76.
  • S39 An astigmatism amount in the angular direction is calculated from the obtained deconvolution spot image B (n) ′ to calculate an aberration amount. Calculation of astigmatism from the spot is a known technique.
  • S40 The focus of the objective lens is changed to in-focus (shifted by -M ⁇ f-j), and the image is returned to the state acquired in (S30).
  • S41 The excitation of the first condenser lens and the second condenser lens is changed to a crossover a state.
  • S40 and (S41) are out of order and may be operated in parallel with (S39) and (S41).
  • the present invention is not limited to the annular opening, but is arbitrarily arranged on the concentric circles. You may use the opening group of the shape.
  • an example of such a diaphragm shape is shown. Examples of such a diaphragm shape include various shapes shown in FIG. 16 (a), (b), and (c), the number of circular openings 250 provided in the diaphragm plate 310 is 14 or more, and includes three types of convergence angles (R1, R2, and R3).
  • an opening including a square 260, a cut 261, and a cross 262 is prepared, and a device for clarifying the phase information is performed. Yes.
  • the openings (250, 260, 261, 262) are arranged to include 2, 3, 4, 5 periods.
  • one aperture 280 is provided for each of the three types of convergence angles (R1, R2, and R3), a rotation mechanism is attached to the diaphragm, and an image can be acquired by rotating to an arbitrary phase. Since three coordinates can be acquired with three types of convergence angles for one SEM image acquisition, sufficient coordinate information can be obtained by acquiring five SEM images with different phases. Also in this embodiment, high-order aberration measurement can be performed in a short time without degrading accuracy. In the case of the present embodiment, the advantages that can be obtained in a lump are reduced, but it is possible to avoid a situation where beams are overlapped and difficult to separate.
  • FIG. 17 shows another example of the diaphragm plate shape of the movable diaphragm system of the present invention.
  • the diaphragm plate 310 has a region divided into four in the circumferential direction, and different types of openings are arranged in the beam irradiation region 205 of each region. That is, in the center of each region, a central opening (first aperture) 200 disposed on the optical axis of the primary charged particle or a central opening equivalent to the central opening 200 is provided. Further, in three regions different from the region having only the first diaphragm portion 200, different types of openings (second diaphragm portions) are provided concentrically outside the central opening.
  • the diaphragm plate 310 is provided with a rotation mechanism as the movable diaphragm fine movement mechanism 32, and any one of four types of openings is arranged in the beam irradiation region 205 by rotating the diaphragm plate 310 around its center.
  • the movable diaphragm of the present embodiment has a mechanism for rotating the diaphragm plate 310 to replace the first diaphragm and the second diaphragm with the optical axis.
  • high-order aberration measurement can be performed in a short time without degrading accuracy. For this reason, the damage given to the sample can be reduced, the throughput of the semiconductor measuring device can be improved, and the manual correction can reduce the load on the operator.
  • SYMBOLS 1 Schottky electron source, 2 ... Suppressor electrode, 3 ... Extraction electrode, 4 ... 1st anode, 5 ... 2nd anode, 6 ... 1st condenser lens, 7 ... 2nd condenser lens, 8 ... Deflector, 10 ... Aberration corrector 15 ... Scanning deflector 16 ... Lower scanning coil 17 ... Objective lens 18 ... Sample 20 ... Electron gun power source 21 ... Control voltage source 22 ... Acceleration voltage source 23 ... First condenser lens power source 24 ... second condenser lens power supply, 25 ... deflection coil power supply, 26 ... aberration corrector power supply, 27 ... scanning coil power supply, 28 ...
  • Sample chamber 103 Control unit 200 ... Single circular aperture, 201 ... annular aperture, 202 ... annular aperture, 203 ... annular aperture, 204 ... circular aperture, 205 ... beam irradiation area, 300 ... crossover a, 301 ... crossover b, 310 ... diaphragm plate .

Landscapes

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Abstract

　高次の幾何収差を高精度で高速な収差測定手段を備えた走査形荷電粒子顕微鏡を提供する。 　単孔絞りによる画像と、単孔絞りよりも広い領域に配置した多孔絞りによる画像をデコンボリュートし、複数の方向に傾斜したビームのプロファイルから収差量を判定して、収差補正器にフィードバックする。

Description

荷電粒子線応用装置およびその幾何収差測定方法
　本発明は、荷電粒子ビームを試料に対して走査照射して、この試料からの二次電子または反射電子または透過電子を取得する荷電粒子ビーム応用装置、およびその幾何収差測定方法に関する。
　走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）や透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）などの電子顕微鏡をはじめとする荷電粒子ビーム装置では、荷電粒子ビームを集束するため電場若しくは磁場を用いたレンズが必ず使用される。電場若しくは磁場レンズでは、各種収差が不可避的に発生する。したがって、縮小率を高くして荷電粒子ビームを絞ろうとしても、収差が大きくてはスポット径を小さくできず、微細構造の観察や寸法測定精度の向上ができない。
　荷電粒子ビーム装置では、分解能を向上するために、収差補正器の導入が進められている。この収差補正器は、通常、多段に設置された多極子レンズにより構成され、多極子レンズ内に電場ないし磁場を発生することにより、内部を通過する荷電粒子線に含まれる収差を除去する。
　この収差補正器に関しては、例えば、以下の非特許文献１に開示されているもののように、多極子レンズを４段用いたものがある。
　また、荷電粒子ビーム装置の幾何収差を検出し、これを補正する技術としては、例えば、特許文献１に開示されているデコンボリューション技術がある。この技術は、ジャストフォーカス画像及び複数のデフォーカス画像を取得し、各画像データのそれぞれに対してフーリエ変換を施し、フーリエ変換されたデフォーカス画像データを、フーリエ変換されたジャストフォーカス画像データで割って、この値に対して逆フーリエ変換を施して、ビームプロファイルデータを取得している。そして、このビームプロファイルデータに基づいて、各種幾何収差を求め、各収差量に応じて収差補正器を動作させて、各種収差を除去している。
　特許文献２には、荷電粒子ビームの試料への入射の開き角を調整する開き角制御レンズを備え、この開き角を制御して２次以上の幾何収差を顕在化し収差測定する技術が開示されている。
　特許文献３には、一次荷電粒子線の光路を複数に分ける手段として絞りが複数の開口を持ち、色収差ならびに幾何収差を補正する技術が開示されている。複数の開口は、一次荷電粒子線の光軸上に配置された第１の開口と、この第１の開口を中心とする１つの円周上に環状に配置された複数の開口とを備えている。
特開２００５-１８３０８５号公報 特開２００６-１４７３８１号公報 特開２００６-３１８７７４号公報
Nuclear Instruments and Methods in Physics Research 、A363 (1995)、第316～325頁
　しかしながら、特許文献１では、幾何収差を求める方法として３次までの収差測定法しか開示されておらず、より高次の収差測定法については開示がない。また、３次以下であっても複数の幾何収差が比較的等量混在している場合、この方法では異なる次数間の収差分離が難しいため、誤った測定から補正を行い、収差測定と補正の繰り返し数が増大し、収差補正に時間がかかると考えられる。
　特許文献２に開示された技術では、次数毎に顕在化した幾何収差の測定を行わなければならず、精密な測定には時間が増大するという問題点が考えられる。
　特許文献３に開示された技術では、収差は画像の見た目から判定される。すなわち、ユーザはＳＥＭ画像をモニタで目視確認しながらリングが重なるように収差補正器の調整を行う。そのため、複数の幾何収差を正確に分離することができず、単一の構造を持つ試料以外には適用できないなどの問題点が考えられる。
　本発明は、このような従来の問題点に着目し、精度を落とすことなく高次の幾何収差測定にかかる時間を短縮することができる、荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。
　本願において開示される発明のうちの代表的なものについて簡単に説明すれば、下記のとおりである。すなわち、本発明の荷電粒子線応用装置は、試料を載置する試料ステージと、該試料ステージ上に載置された試料に対して一次荷電粒子線を走査する照射光学系と、当該荷電粒子線の走査により発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、該検出器の出力信号を画像表示する表示手段と、収差を検出する演算装置とを有し、
　前記照射光学系は、荷電粒子線源から入射した前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器と、前記荷電粒子線源と前記収差補正器の間に配置される収差測定用絞りとを有し、該収差測定用絞りは、前記荷電粒子線源から放出される一次荷電粒子の光軸上に配置される中央開口を備える第１の絞り部と、前記光軸を中心として中央開口及びその外側において半径の異なる複数の同心円上に各々環状に配置される複数の開口を有する第２の絞り部とを有し、
　前記演算装置は、前記第１の絞り部の開口のみを通過した荷電粒子線により取得した第１の画像と、前記第１の画像と同じ走査領域でかつ前記第２の絞り部の複数の開口を通過した荷電粒子線により取得した第２の画像とを取得する機能と、前記第１の画像と前記第２の画像から前記収差を測定する機能とを備えている
ことを特徴とする。
　本発明では、収差測定用絞りに設けられた半径（収束角）の異なる多孔絞りにより円周向に複数の画像を一括して取得することができ、また、複数の収束角の画像は多孔絞りの選択により、特定の次数の収差について強調して取り出すことができる。そのため、高次収差の測定を、精度を落とさないで短時間で行える。このため、試料に与えるダメージを少なくしたり、半導体計測装置ではスループットを向上したり、手動補正では操作者への負荷を低減することができる。
本発明を応用した走査電子顕微鏡の概略構成図。 本発明の第１の実施例になる単円形開口と複数開口を持つ可動絞りの構成例を示す図。 図２Ａに示した可動絞りの各開口群と収束角の関係を示す図。 第１の実施例による収差補正器調整のフローチャート。 第１の実施例による１次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による複合した１次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による２次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による２次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による３次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による３次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による４次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による４次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による５次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による５次の収差図形の例を示す図。 第１の実施例による５次の収差図形の例を示す図。 本発明の他の実施例になる収差測定用の絞りの説明図。 本発明の他の実施例になる収差補正器調整のフローチャート。 本発明の他の実施例になる収差補正器調整のフローチャート。 本発明の他の実施例における走査電子顕微鏡光学系の説明図。 本発明の他の実施例における円環絞り上のビーム状態の説明図。 本発明の他の実施例になる収差補正器調整のフローチャート。 本発明の他の実施例になる多孔絞りの例を示す図。 本発明の他の実施例になる可動絞りの例を示す図。
　本発明の代表的な実施例によれば、収差補正手段を備えた荷電粒子線装置において、幾何収差測定時に単孔絞りと多孔絞りを使用し、走査荷電粒子線画像（たとえばＳＥＭ画像やSＴＥＭ画像）ついて、試料を単一ビームで走査する画像と、複数ビームで走査する重複した画像の２種類の画像が得られる。上記２種類の画像をデコンボリュートすると、複数の方向に傾斜したビームプロファイルを得られる。そのビームプロファイルの方向・対称性・形状と、多孔絞りの方向・対称性・形状関係から各収差量を判定して、収差補正器の調整にフィードバックすることにより、高次の幾何収差まで高速に補正することができる。以下、本発明の実施形態として、本発明を走査電子顕微鏡に応用した例を説明する。
　なお、本発明は走査型電子顕微鏡、半導体検査装置、走査透過型電子顕微鏡、集束イオンビーム装置などへ利用の可能性がある。すなわち、他の電子線応用装置や陽子やイオンなど他の荷電粒子線装置についてもレンズや収差補正器の構成はその種類に応じて変わるが、本実施例と基本的に同一の手法が適用できる。収差補正器は色収差と、３次以下の幾何収差を補正するものを想定するが、実施例では幾何収差について述べ、特に断わりがない限り収差は幾何収差を指す。
　初めに、本発明の第１の実施例を、図１～図９を参照しながら説明する。図１に、本発明の第１の実施例に基づく走査電子顕微鏡の概略構成を示す。本実施例の走査電子顕微鏡は、大まかに、電子線を試料上に照射ないし走査させるＳＥＭカラム１０１、試料ステージが格納される試料室１０２、ＳＥＭカラム１０１や試料室１０２の各構成部品を制御するための制御ユニット１０３等により構成されている。制御コンピュータ３０を備えた制御ユニット１０３には、更に、所定の情報を格納するためのデータストレージ７６や取得画像を表示するモニタ７７、電子顕微鏡とユーザとのマン・マシンインタフェースとなる操作卓７８及び収差演算装置７９が接続されている。操作卓７８は、例えば、キーボードやマウスなどの情報入力手段により構成される。収差演算装置７９は、取得された収束角の異なる複数のＳＥＭ画像を処理して各種収差量を算出する機能を有している。なお、収差演算装置７９は制御コンピュータ３０内に収差演算プログラムとして組み込むこともできる。
　次に、真空容器９０内に配置されたＳＥＭカラム１０１の内部の構成要素について説明する。荷電粒子線源としてのショットキー電子源１は、タングステンの単結晶に、酸素とジルコニウムなどを拡散させショットキー効果を利用する電子源であり、その近傍にサプレッサー電極２、引き出し電極３が設けられる。ショットキー電子源１を加熱し、引き出し電極３との間に+２kV程度の電圧を印加することにより、ショットキー電子を放出させる。サプレッサー電極２には負電圧が印加され、ショットキー電子源１の先端以外からの電子放出を抑制する。引き出し電極３の穴を出た電子ビームは、第１陽極４、第２陽極５で形成される静電レンズにより加速、収束され、さらに電子ビームは、光軸６０に沿って後段の構成要素へ入射する。電子ビームは、ビーム制限用の可動絞り３３にてビーム電流を制限され、開き角や収束角を制御する第１コンデンサーレンズ６で収束され、収差測定用の可動絞り３１にてビーム径を制限され、通過する電子ビームを規定の角度に調整する第２コンデンサーレンズ７および偏向器８を通り、収差補正器１０に入射する。収差測定用の可動絞り３１は、後で詳細に説明するように、中央部の単円形開口とその外周側の多孔絞りとで構成されている。なお、収差測定用の多孔絞りは第２コンデンサーレンズ７の後段に配置されていても良い。偏向器８は、コンデンサーレンズ７の軸と収差補正器１０の軸が一致するように調節される。偏向器５１は、コンデンサーレンズ６の軸と可動絞り３１の軸が一致するように調節される。本実施例では４極－８極子系の収差補正器１０を例に説明する。
　収差補正器１０の各段で４極子、８極子を形成するがこれには１２極の電極（磁極を兼ねてもよい）を用いると、４極子、８極子のほか、２極子、６極子、１２極子も形成可能で電極、磁極の組み立て誤差、磁極材料の不均一性により生じる場の歪みを電気的に補正するためにそれらを使用する。収差補正器１０により対物レンズ１７と相殺する色収差、球面収差を与えられた電子ビームは、対物アライナ３８によって対物レンズ軸を通るように偏向され、対物レンズ１７にて試料１８上に収束し、そのスポットは走査偏向器１５にて試料上を走査される。
　試料室１０２内部には、試料１７を載置する試料載置面を備えた試料ステージ８０が格納されている。電子線照射により発生する２次電子は、対物レンズ１７を抜けて、反射板７２に当たり電子を発生させる。発生した電子は、２次電子検出器７３で検出されるが、ＥｘＢ偏向器７１により、反射板７２に２次電子の当たる位置を調整することもできる。検出された２次電子信号は、走査と同期した輝度信号として制御コンピュータ３０に取り込まれる。制御コンピュータ３０は、取り込んだ輝度信号情報に対して適当な処理を行い、モニタ７７上にＳＥＭ画像として表示される。検出器はここでは１つしか図示していないが、反射電子や２次電子のエネルギーや角度分布を選別して画像取得できるように、複数配置することもできる。ＥｘＢ偏向器７１により直接２次電子検出器７３に２次電子を集める、あるいは中心に穴のあいた同軸円板状の２次電子検出器を光軸６０上に配置すれば反射板７２は必ずしも必要ではない。
　制御ユニット１０３は、電子銃電源２０、制御電圧源２１、加速電圧源２２、第１コンデンサーレンズ電源２３、第２コンデンサーレンズ電源２４、偏向コイル電源２５、収差補正器電源２６、走査コイル電源２７、対物レンズ電源２８、リターディング電源２９、可動絞り微動機構３２、非点補正コイル電源３５、対物アライナ電源３７、偏向コイル電源５０、対物２次電子検出器電源７４、ＥｘＢ偏向器電源７５、試料ステージ制御機構８１等により構成され、それぞれＳＥＭカラム内の対応する構成要素と、信号伝送路や電気配線等で接続されている。
　次に、収差測定用の可動絞り３１の構成例について、図２（図２Ａ，図２Ｂ）を参照しながら説明する。収差測定用の可動絞り３１は、図２Ａに示すように、絞り板３１０に設けられ一次荷電粒子の光軸上に配置された中央開口すなわち第１の開口２１０を備える第１の絞り部２００と、第１の絞り部から離れた位置で半径の異なる複数の同心円上に各々環状に配置された複数の開口群からなる第２の絞り部（２０１、２０２）とを有する。すなわち、第２の絞り部は、第１の開口２１０’に対して同心円状の第２の開口群２１１、２１２を有する絞りＢ（２０１）と、第１の開口２１０”に対して同心円状の第２の開口群２１３、２１４を有する絞りＣ（２０２）で構成されている。換言すると、本実施例の収差測定用の可動絞り３１は、中央に位置する単孔絞り（絞りＡ）と、この単孔絞りよりも半径が大きい領域において複数の同心円上に配置された多孔絞り（絞りＢ，絞りＣ）とで構成されている。
　本実施例の収差測定用の可動絞り３１は、第１の絞り部２００、第２の絞り部（２０１及び２０２）が一枚の絞り板３１０上において直線上の異なる場所に配置されている。この可動絞り３１は、いずれかの絞りの中央開口を光軸上に位置させるように、可動絞り微動機構３２によって、左右に移動可能に構成されている。
　また、第２の絞り部を構成する開口群２０１及び２０２の各開口は、同心円に沿って形成された円環型の形状をしている。すなわち、光軸に同心円上に配置される複数の開口は、円環型の形状をしており、位相情報抽出のために円環上の特定位相に目印となる切り抜きもしくは不透過領域が設けられている。
　例えば、第２の開口群２０１（絞りＢ）は、第１の絞り部の開口２００と同等の半径（Ｒ０）の中央開口２１０’，この中央開口の外側に位置する半径Ｒ１の開口群２１１，その外側に位置する半径Ｒ２の開口２１２群とで構成されている。一方、第２の開口群２０２（絞りＣ）は、第１の絞り部の開口２００と同等の半径の中央開口２１０”，この中央開口の外側に位置する半径Ｒ３の開口群２１３，その外側に位置する半径Ｒ４の開口２１４とで構成されている。
　各開口及び開口群の半径は、Ｒ０＜Ｒ３＜Ｒ１＜Ｒ２＜Ｒ４　の関係にある。従って、図２Ｂに示したように、収差測定用の可動絞り３１は、光軸を中心として開口群２１１は絞り上のビームの収束角がα１，開口群２１２は収束角がα２となり（図２Ｂの（ａ）），開口群２１３は収束角がα３、開口群２１４は収束角がα４となる（図２Ｂの（ｂ））。
　可動絞り微動機構３２によって可動絞り３１を左右に移動させることで、ビームの収束角α＝０の第１の絞り部（絞りＡ）、ビームの収束角α１、α２の第２の絞り部（絞りＢ）、もしくは収束角α３，α４の第２の絞り部（絞りＣ）のいずれかを光軸に入れ替えることができる。
　さらに、各開口群には位相情報抽出のために、各円環上の特定位相に目印となる不透過領域２２０及び切り抜き２３０が設けられている。不透過領域２２０すなわち円環上の周期情報抽出のための目印は、ｎ＞１の整数であるｎ次の収差測定のために、円環上にｎ周期成分を含む配置になっている。例えば、開口群２１１及び開口群２１３は３個の開口と同じ円周上に不透過領域が３個、開口２１２は４個の開口群と同じ円周上に不透過領域が４個、開口２１４は５個の開口群と同じ円周上に不透過領域が５個、それぞれ設けられている。なお、２次の収差測定は、２の倍数である４個の開口群及び不透過領域が用いられる。
　また、円環上の位相情報抽出のための目印は、絞り上のどの位相か判断可能にするためにｎ周期中少なくとも１周期分は異なる目印（例えば切り抜き）になっている。
　また、位相情報抽出のための目印は、それぞれ異なる周期、すなわち円周方向に異なる間隔、で配置されている。さらに、位相情報抽出のための目印は、それぞれ異なる位相（例えば半径方向において内向きの切り抜きや外向きの切り抜き）で配置されている。
　次に、制御ユニット１０３を主体に処理される収差測定法として、図２に示した収差測定用の可動絞り３１を用いて５次までの収差を測る方法を、図３に示すフローチャートで説明する。
　測定開始時点において、軸調整等は行われており補正電圧を重畳可能で、絞り面上の収束角α＝０の第１の開口２００（絞りＡ）にてＳＥＭ像が取得可能な状態とする。  
(S１０)：第１の開口２００にてＳＥＭ画像Ａが取得される。このＳＥＭ画像Ａはデータストレージ７６上に保存される。  
(S１１)：可動絞り３１上の収束角がα１，α２の第２の開口群２０１（絞りＢ）に交換される。絞りＡ、絞りＢの絞り選択は、可動絞り微動機構３２によって絞りの位置を変えることで行われ、各絞りの開口中心位置が光軸上に配置されるよう、可動絞り微動機構３２と偏向器５１によって調整される。  
（S１２）：ＳＥＭ画像Ｂが取得される。このＳＥＭ画像Ｂはデータストレージ７６上に保存される。  
（S１１C）：可動絞り３１上の収束角がα３，α４の第２の開口群２０２（絞りＣ）に交換される。絞りＢ、Ｃの絞り選択は、可動絞り微動機構３２によって位置を変えることで行われ、各絞りの開口中心位置が光軸上に配置されるよう、可動絞り微動機構３２と偏向器５１によって調整される。  
（S１２C）：ＳＥＭ画像Ｃが取得される。このＳＥＭ画像Ｃはデータストレージ７６上に保存される。  
（S１３）：制御コンピュータ３０を通じて収差演算装置７９にＳＥＭ画像Ａ、Ｂ、Ｃが読み込まれる。そして、収差演算装置７９上でＳＥＭ画像ＢはＳＥＭ画像Ａでデコンボリュートされ、デコンボリューション画像Ｂ’が得られる。さらに、収差演算装置７９上でＳＥＭ画像ＣもＳＥＭ画像Ａでデコンボリュートされ、デコンボリューション画像Ｃ’が得られる。  
（S１４）：収差演算装置７９上で画像Ｂ’、画像Ｃ’から各種収差量が算出される。  
（S１５）：可動絞り３１を第１の開口２００に交換する。第２の開口群２０２から第１の開口２００への絞りの切り替えは、可動絞り微動機構３２によって絞りの位置を変えることで行われ、開口中心位置が光軸上に配置されるよう、可動絞り微動機構３２と偏向器５１によって調整される。絞り交換は画像取得後であれば、（S１３）～（S１６）などの動作の間や動作中並行して行ってよい。  
（S１６）：得られた各収差量は、あらかじめ決めておいた閾値と比較され、閾値以下であれば終了、閾値以上ならば（S１７）に進む。  
（S１７）：収差量に応じた補正量を加え、（S１０）ＳＥＭ画像Ａ取得からの収差測定ループに戻る。収差量と補正量の関係はあらかじめ補正パラメータと収差変化量の関係を求めておき、収差が小さくなる方向に補正パラメータが変更される。補正パラメータとは収差補正器の２極子、４極子、６極子、８極子、１２極子の強度を指す。
　以上、（S１０）から（S１７）のループを繰り返すことで収差補正される。
　次に、（S１４）の画像Ｂ’、画像Ｃ’を用いた収差量算出について、収差量の算出を行う例を詳細に説明する。便宜上ここでは画像Ｂ’及び画像Ｃ’を以降収差図形と呼ぶ。収差量は、収差図形の形と大きさと位相情報から算出することができる。
　以下、５次までの収差について図２に、第１の開口（単円形開口）２００と第２の開口群（円環開口）２０１の絞りを用いて得られる収差図形の例を、図４から図９までに示す。図４から図９の収差は明示されている収差以外は全て０である。
　第２の開口群の中心孔から形成されるビームの試料面上の開き角を３mrad、内側の円環からのビームの試料面への入射角（=チルト角）を２０mrad、外側の円環からのビームの試料面への入射角を３０mradとし、画像の領域を８０μm×８０μmとした。
　なお、図４から図９の例は、幾つかの別個の電子顕微鏡から得られる個別の収差の状態を示している。また、図５は特別に，図４の収差のうち、２種類の収差が混在する場合について出力される例を示している。
　まず、図４は、１次の収差から得られる収差図形の例を示すものである。図４の（a）に示したC１：+１μmの形状を基準にすると、図４の（b）に示したC１：-１μmでは１８０度回転しており、図４の（c）に示したA１Re：+１μmでは水平軸に反転、図４の（d）に示したA１Re：-１μmでは水平軸に反転し１８０度回転、図４の（e）に示したA１Im：+１μmでは水平軸に反転し-９０度回転、図４の（f）に示したA１Im：-１μmでは水平軸に反転し９０度回転した形状が得られる。内径と外形の半径はＣ１と開き角及び収束角（以下、単に収束角）の大きさに比例している。
　図５に、１次の収差が混在している場合の例を示す。A１のみが混在する場合、図５の（a）に示したA１Re：+０.７μm、A１Im：+０.７μmではA１収差が等量であるため図４（a）に対し水平軸に反転し４５度回転し、図５の（b）に示したA１Re：+０.８μm、A１Im：+０.６μmでは収差量が４:３であるため図４（a）に対し水平軸に反転し約３８度（=３/７×９０度）回転している。
　A１にC１が混入する場合、図５の（c）に示したC１：+０.６μm、A１Re：+０.３μmでは垂直方向では打ち消し水平方向では足しあわされるため図４（a）に対し同じ位相で楕円に、図５の（d）に示したC１：-０.６μm、A１Re：-０.３μmではC１が負で垂直方向では打ち消し水平方向では足しあわされるため図５の（c）に対し１８０度回転した形になっている。
　このように異なる種類の収差が混在した場合でも、形状、周期性、位相情報から収差を分離することができる。
　図６（図６Ａ、図６Ｂ）は、２次収差の収差図形である。A２収差図形（a）,（b）,（c）,（d）は、外側の円環の不透過部である切れ目が４つから２つになる。２つになった切れ目は収差の符号により反転しReとImで位相が直交する。B２収差図形（e）,（f）,（g）,（h）は、外側の円環の切れ目が４つから２つになり、中心孔と内側と外側の円環の収差図形の中心が移動し、その移動方向や切れ目の位相は符号により反転しReとImでは移動方向が直交する。
　図７（図７Ａ、図７Ｂ）は、３次収差の収差図形である。図７の（a）,（b）,（c）,（d）に示したA３収差図形は、内側の円環の切れ目が３つから１つになり、１つになった切れ目は収差の符号により反転しReとImで位相が直交する。図７の（e）,（f）,（g）,（h）に示したB３収差図形は、四角形の辺を内側に円弧状に曲げた形状となり、収差の符号により切れ目（位相）が反転しReとImで位相が４５度異なる。図７の（i）,（j）に示したC３収差図形は、図４（a）,（b）のC１と形状や符号と位相の変化の仕方が同じであるが、内側の円環の半径と外側の円環の半径は収束角の３乗およびC３に比例する。
　図８（図８Ａ、図８Ｂ）は、４次収差の収差図形である。図８の（a）,（b）,（c）,（d）に示したA４収差図形は、外側の円環の切れ目が４つから１つになり、１つになった切れ目は収差の符号により反転しReとImで位相が直交する。図８の（e）,（f）,（g）,（h）に示したB４収差図形は、B２収差図形と同じ変化をするが、収束角に対する変化が異なり、移動量と収差図形の大きさはB２が２乗に比例するに対しB４は４乗で比例する。そのため、内側の円環の移動量と半径は外側の円環に対し相対的に小さくなっている。図８の（i）,（j）,（k）,（l）に示したD４収差図形は、外側の円環の切れ目が４つから２つになり、２つになった切れ目および形状は収差の符号により反転しReとImで位相が直交する。
　図９（図９Ａ、図９Ｂ、図９Ｃ）は、５次収差の収差図形である。図９の（a）,（b）,（c）,（d）に示したA５収差図形は、円環の切れ目がなくなり、周期が５倍になり位相が水平軸に反転し、位相は収差の符号により反転しReとImで直交する。この例では円環の切れ目は９０度毎に配置したが、７２度毎に配置した５つの切れ目があるものでは、円環の切れ目の数が５つから１つになる。図９の（e）,（f）,（g）,（h）に示したB５収差図形は、B２収差図形と同じ変化をするが、収束角に対する変化が異なり、収差図形の大きさはB３が３乗に比例するに対しB４は５乗で比例するため、内側の円環の移動量と半径は外側の円環に対し相対的に小さくなっている。図９の（i）,（j）,（k）,（l）に示したD５収差図形は、８つの頂点を持つ形状となり、ReとImで切れ目が頂点から内側に入れ替わり、位相は符号により反転しReとImで直交する。図９の（m）,（n）に示したC５収差図形は、図４（a）,（b）のC１と形状や符号と位相の変化の仕方が同じであるが、内側の円環の半径と外側の円環の半径は収束角の５乗およびC５に比例する。
　実際に出力される図形は，個々の電子顕微鏡に存在する収差量に応じて、図４，図６～図９を合成した複雑な図形となる。従って、これらの各図形に対して，以下に述べる（式１）～（式５）をフィッティングすることで、収差を算出できる。
　すなわち、図３の（S１４）において、演算装置７９上で画像Ｂ’、画像Ｃ’から各種収差量を算出する処理における収差数値化については、以下に示す（式１）～（式６）の関数をフィッティングすることで求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここでx、yは収差図形を直交座標系で表したときの座標で、添え字は次数を表す。αは試料面上の収束角（開き角）、θは絞り上の位相を、したがって５次の収差まで含んだ座標は
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
と表される。
　収差係数は３次までで１２個、４次から５次までで１５個ある。このうちC１、C３、C５は周期が同じであるため、C３まで求めるには収束角は少なくとも２種類、５次C５まで求めるには３種類の収束角が必要である。（式６）を連立方程式として解くには、３次収差係数まで解く場合は求める係数が１２個であるため、２種類の収束角を含んだ位相θを３条件=収差図形６座標あれば解ける。５次収差係数まで解く場合は、求める係数が２７個であるため、３種類の収束角を含んだ位相θを７条件=１４座標あれば解ける。
　以上で収差係数と収差図形の関係を示したが、収差は図５の例だけでなく次数間および次数内で複数の収差が混在している。従って、各収差に応じて絞りの形状や制御方法を選択、変更すれば時間と精度のバランスをとって効率良く収差を求めることができる。
　例えば、３次までの収差を測る場合は、収差測定用の可動絞り３１の第２の開口群として円環開口２０１（絞りＢ）のみを使用すればよい。すなわち、図３のフローチャートにおいて、まずＳＥＭ画像Ａが取得され（S１０）、さらに可動絞り３１の制御により絞りＢに交換され（S１１）、ＳＥＭ画像Ｂが取得され（Ｓ１２）、このＳＥＭ画像ＢをＳＥＭ画像Ａでデコンボリュートすることで、デコンボリューション画像Ｂ’が得られる（S１３）。その他の処理（S１４～Ｓ１７）は、実施例１と同じである。
　なお、円環絞りでは、切抜きおよび、円環上の不透過領域からθと座標の対応がとれ、収差図形のライン上にフィッティングできるため、必要な座標数に足りなくても収差計算することができる。
　本実施例によれば、収差測定用絞りに設けられた半径（収束角）の異なる複数の多孔絞りにより円周向に複数の画像を一括して取得することができ、また、複数の収束角の画像は多孔絞りの選択により、特定の次数の収差について強調して取り出すことができる。そのため、高次収差の測定を、精度を落とさないで短時間で行える。このため、試料に与えるダメージを少なくしたり、半導体計測装置ではスループットを向上したり、手動補正では操作者への負荷を低減することができる。さらに円環の不透過部分の数や位相を変えることで、周期に対応する収差の測定精度を上げることができる。
　以上、本実施例により説明した手法により、高次収差すなわち３次収差や５次収差の測定を、精度を落とさないで短時間で行える。
　次に、本発明の第２の実施例を、図１０、図１１を用いて説明する。  
　５次までの収差を測る収差測定用の絞り３１の他の実施例として、実施例１の円環開口（第２の絞り）２０１、２０２の代わりに、第２の開口群に図１０に示すような円環開口２０３（第２の絞りＤ）を用いてもよい。この円環開口２０３は、中央の第１の開口２４０と中心を同じくする３つの同心円上に配置される３つの開口群２４１、２４２、２４３で構成されている。さらに、各開口群には位相情報抽出のために、各円環上の特定位相に目印となる不透過領域２４５及び切り抜き２４６が設けられている。第１の開口２４０は、第２の絞りの中央開口を兼ねている。
　実施例２の絞りＤを用いて５次までの収差を測る場合は、図１１のフローチャートにおいて、まずＳＥＭ画像Ａが取得され（S１０）、さらに可動絞り３１の制御により図１０に示す絞りＤに交換され（S１１）、ＳＥＭ画像Ｄが取得される（Ｓ１２）。そして、このＳＥＭ画像ＤをＳＥＭ画像Ａでデコンボリュートすることで、デコンボリューション画像Ｄ’が得られる（S１３）。その他の処理（S１４～Ｓ１７）は、実施例１と同じである。
　本実施例でも、高次収差測定を、精度を落とさないで短時間で行える。このため、試料に与えるダメージを少なくしたり、半導体計測装置ではスループットを向上したり、手動補正では操作者への負荷を低減することができる。さらに円環の不透過部分の数や位相を変えることで、周期に対応する収差の測定精度を上げることができる。
　次に、実施例２の絞りＤを用いて５次までの収差を測る実施例３を、図１０、図１２～図１４を用いて説明する。本実施例は、実施例１の可動絞りによる収差測定方法に代えて、クロスオーバ位置の変更による収差測定法の例を示すものである。本実施例を適用する走査電子顕微鏡は、実施例１と同じく図１に示した構成を採用するものとする。ただし、収差測定用の絞りとして、可動絞り３１に代えて図１０に示す円環開口２０３の絞り（固定絞り）を採用する。この絞りは、板の中央に第１、第２の絞りに共通する開口２４０を有している。さらに、走査電子顕微鏡はクロスオーバ変更機能を備えている。
　本実施例による収差測定のフローチャートを、図１２に示す。開始時点は、軸調整等は行われて補正電圧を重畳可能で、ＳＥＭ像が取得可能な状態とする。絞りには円環開口２０３が挿入されており、図１４（a）のように中心の円形開口のみを含む領域に電子ビームが照射されている。この状態のクロスオーバの位置をクロスオーバａとし、図１３（a）で示したクロスオーバａ位置３００にあるものとする。図１３は電子ビームが光源から収差補正器に入射するまでを示した光学系の模式図である。フローチャート中のクロスオーバの変更は第１コンデンサーレンズ６の強度を変えることで行われ、クロスオーバ変更後は電子ビームが開口中心位置である光軸上に照射されるよう偏向器５１を調整し、第２コンデンサーレンズ７を通過したビームが光軸に平行であることを維持するよう第２コンデンサーレンズ７の強度を調整する。  
（S２０）：クロスオーバａにてＳＥＭ画像Ａを取得する。ＳＥＭ画像Ａはデータストレージ７６上に保存される。  
（S２１）：第１コンデンサの励磁を変化し、図１３（b）に示すようクロスオーバｂ位置３０１に変える。クロスオーバｂで電子ビームは図１４（b）に示すよう、円環開口２０３の開口を全て含む。  
（S２２）：ＳＥＭ画像Ｂを取得する。ＳＥＭ画像ＡとＳＥＭ画像Ｂはデータストレージ７６上に保存されており、制御コンピュータ３０を通じて収差演算装置７９が読み込むことができる。  
（S２３）：収差演算装置７９上でＳＥＭ画像ＢはＳＥＭ画像Ａでデコンボリュートされ、デコンボリューション画像Ｂ’が得られ、
（S２４）：画像Ｂ’から各種収差量を算出する。なお、収差演算装置は制御コンピュータ３０内に収差演算プログラムとして組み込むこともできる。  
（S２５）：クロスオーバａに変更する。クロスオーバの変更は画像取得後であれば、（S２３）～（S２６）などの動作の間や動作中、並行して行ってよい。  
（S２６）：得られた各収差量は、あらかじめ決めておいた閾値と比較され、閾値以下であれば終了、閾値以上ならば（S２７）に進む。（S２７）：収差量に応じた補正量を加え、（S２０）ＳＥＭ画像Ａ取得からの収差測定ループに戻る。ループを繰り返すことで最終的に収差補正される。ここで得られた画像Ｂ’は実施例１で第２の開口群に円環開口２０３を使ったものと同等である。したがって、以降画像Ｂ’からの収差量算出は実施例１と同じ手法で求めることができる。
　本実施例でも、高次収差測定を、精度を落とさないで短時間で行える。このため、試料に与えるダメージを少なくしたり、半導体計測装置ではスループットを向上したり、手動補正では操作者への負荷を低減することができる。さらに円環の不透過部分の数や位相を変えることで、周期に対応する収差の測定精度を上げることができる。
　本発明の実施例４を、図１５～図１６を用いて説明する。本発明の手法は、実施例１で使用した収差算出法だけでなく、ビームの試料面上のフォーカス位置を変えて収差測定するものに適用可能である。ここではその例として、発明者等が先に提案した特願２００８-０４０８１５号に記載の収差算出法の発明を、本実施例の収差測定法に適用したものを示す。特願２００８-０４０８１５号に記載の発明は、ビームの試料面上のフォーカス位置を変えて１次から５次までの幾何収差を求める技術である。この技術は、高精度な測定には複数の位相にチルトするビームの画像が必要であり、測定に時間がかかるという問題がある。
　本実施例ではクロスオーバ位置の変更による収差測定法を用いた例を示す。なお、可動絞りによる収差測定法でも可能である。ただし、絞りは円環開口でなく同心円上の円形開口（固定絞り）を用いる。ここでは例として図１６（a）に示した絞り板３１０に円形開口２５０が形成されたものを用いる。円形開口２０４には最も外側に独立した開口２５２があるが、これは位相確認に用いられ、円環絞りの切抜きと同じ役割をする。絞り以外の基本的な構成と方法は実施例３と同じであり、フローチャートを図１５に示す。クロスオーバａ、クロスオーバｂへの変更と、それに伴うコンデンサーレンズと軸調整は、実施例３と同じ状態である。また、デフォーカスによるＳＥＭ画像Ｂ（n）の取得は、ＳＥＭ画像Ａ取得条件からデフォーカスオフセットjを加えたものを基準として、基準からデフォーカス間隔Δfでマイナス方向にN枚、プラス方向にM枚および基準位置のN+M+１枚画像取得する場合の例を示す。
　図１５のフローチャートにおいて、開始時点は、軸調整等は行われて補正電圧を重畳可能で、ＳＥＭ像が取得可能な状態とする。絞りには図１６（a）円形開口２０４が挿入されており、クロスオーバａの状態とする。  
（S３０）：まず、ＳＥＭ画像Ａを取得する。ＳＥＭ画像Ａはデータストレージ７６上に保存される。  
（S３１）：第１コンデンサーレンズ及び第２コンデンサーレンズの励磁を変化しクロスオーバｂの状態にする。  
（S３２）：対物レンズのフォーカスを-NΔf+j変化（デフォーカス）させる。  
（S３３）：画像取得状態n=-Nとする。  
（S３４）：ＳＥＭ画像Ｂ（n）を取得する。ＳＥＭ画像Ｂはデータストレージ７６上に保存される。  
（S３５）：収差演算装置７９上でＳＥＭ画像Ｂ（n）はＳＥＭ画像Ａでデコンボリュートされ、デコンボリューション画像Ｂ’（n）が得られる。また、デコンボリューションの演算は（S３９）収差算出の前であれば（S３６）から（S３８）のデフォーカス中など動作と平行して計算してもよい。  
（S３６）：画像取得状態n=Mでない場合、（S３７）に進む。  
（S３７）：画像取得状態n に１加える。  
（S３８）：対物レンズのフォーカスを+Δfずらす。  
画像取得状態n=Mになるまで（S３４）から（S３８）をくりかえす。  
（S３９）：得られたデコンボリューションスポット画像Ｂ（n）’から角方向の非点量を計算し収差量を算出する。スポットからの非点量の算出は公知技術である。  
（S４０）：対物レンズのフォーカスをインフォーカスに変更し(-MΔf-jずらし)、（S３０）で画像取得した状態に戻す。  
（S４１）：第１コンデンサーレンズ及び第２コンデンサーレンズの励磁を変化しクロスオーバａの状態にする。（S４０）および（S４１）は順不動で、（S３９）や（S４１）と並行して動作させても良い。  
（S４２）：得られた各収差量は、あらかじめ決めておいた閾値と比較され、閾値以下であれば終了、閾値以上ならば（S４３）に進む。  
（S４３）：収差量に応じた補正量を加え、（S４０）ＳＥＭ画像Ａ取得の収差測定ループに戻る。ループを繰り返すことで収差補正される。  
　本実施例でも、高次収差測定を、精度を落とさないで短時間で行える。このため、試料に与えるダメージを少なくしたり、半導体計測装置ではスループットを向上したり、手動補正では操作者への負荷を低減することができる。さらに円環の不透過部分の数や位相を変えることで、周期に対応する収差の測定精度を上げることができる。
　今まで述べた各実施例の可動絞りや固定絞りでは、円周方向に伸びた円環開口を用いた例を示したが、本発明は円環開口に限らず、同心円上に配置された任意の形状の開口群を用いても良い。ここではそのような絞り形状についての実施例を示す。このような絞り形状としては、図１６で示した各種の形状などがある。図１６の（a）、（b）、（c）については絞り板３１０に設けられた円形開口２５０の数が１４以上あり、３種類の収束角（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）を含んでいる。位相情報については、特に図１６の（b）、（c）では円形開口２５０以外に四角２６０や切れ目２６１、十字２６２を入れた開口を用意し、位相情報を明確にするための工夫を行っている。図１６（c）では開口（２５０，２６０，２６１，２６２）の配置に２、３、４、５周期を含む配置をしている。
　また、図１６（d）は、３種類の収束角（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３）にそれぞれ１つの開口２８０を設け、絞りに回転機構をつけ、任意の位相に回転して画像を取得できる。１回のＳＥＭ画像の取得に３種類の収束角で３座標取得できるので、位相を変えた５つのＳＥＭ画像を取得すれば、充分な座標情報を得ることができる。本実施例でも、高次収差測定を、精度を落とさないで短時間で行える。本実施例の場合、一括して取得できる長所が薄れるが、ビームが重なりあって分離が難しい状況を回避することができる。
　図１７に本発明の可動絞り方式の絞り板形状の別の例を示す。絞り板３１０には円周方向に４分割された領域を有し、各領域のビーム照射領域２０５に異なる種類の開口が配置されている。すなわち、各領域の中央には、一次荷電粒子の光軸上に配置された中央開口（第１の絞り部）２００もしくはそれと同等の中央開口が設けられている。また、第１の絞り部２００だけを有する領域とは異なる３つの領域には、中央開口の外側に同心円状に異なる種類の開口（第２の絞り部）が設けられている。さらに、絞り板３１０には可動絞り微動機構３２として回転機構が備わっており、絞り板３１０がその中心を軸にして回転することで、ビーム照射領域２０５に４種類の開口のいずれかが配置される。このように、本実施例の可動絞りは、絞り板３１０を回転させることで第１の絞りと第２の絞りを光軸に入れ替える機構を持つ。
　本実施例でも、高次収差測定を、精度を落とさないで短時間で行える。このため、試料に与えるダメージを少なくしたり、半導体計測装置ではスループットを向上したり、手動補正では操作者への負荷を低減することができる。
１…ショットキー電子源、２…サプレッサー電極、３…引き出し電極、４…第１陽極、５…第２陽極、６…第１コンデンサーレンズ、７…第２コンデンサーレンズ、８…偏向器、１０…収差補正器、１５…走査偏向器、１６…下走査コイル、１７…対物レンズ、１８…試料、２０…電子銃電源、２１…制御電圧源、２２…加速電圧源、２３…第１コンデンサーレンズ電源、２４…第２コンデンサーレンズ電源、２５…偏向コイル電源、２６…収差補正器電源、２７…走査コイル電源、２８…対物レンズ電源、２９…リターディング電源、３０…制御コンピュータ、３１…可動絞り、３２…可動絞り微動機構、３３…可動絞り、３５…非点補正コイル電源、３６…非点補正コイル、３７…対物アライナ電源、３８…対物アライナ、５０…偏向器電源、５１…偏向器、６０…光軸、７１…ＥｘＢ偏向器、７２…反射板、７３…２次電子検出器、７４…２次電子検出器電源、７５…ＥｘＢ偏向器電源、７６…データストレージ、７７…モニタ、７８…操作卓、７９…収差演算装置、８０…試料ステージ、８１…試料ステージ制御機構、９０…真空容器、１０１…カラム、１０２…試料室、１０３…制御ユニット、２００…単円形開口、２０１…円環開口、２０２…円環開口、２０３…円環開口、２０４…円径開口、２０５…ビーム照射領域、３００…クロスオーバａ、３０１…クロスオーバｂ、３１０…絞り板。

Claims (20)

  1. 　試料を載置する試料ステージと、
    　該試料ステージ上に載置された試料に対して一次荷電粒子線を走査する照射光学系と、
    　当該荷電粒子線の走査により発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
    　該検出器の出力信号を画像表示する表示手段と、
    　収差を検出する演算装置とを有し、
    　前記照射光学系は、
    　荷電粒子線源から入射した前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器と、
    　前記荷電粒子線源と前記収差補正器の間に配置される収差測定用絞りとを有し、
    　該収差測定用絞りは、
    　前記荷電粒子線源から放出される一次荷電粒子の光軸上に配置される中央開口を備える第１の絞り部と、
    　前記光軸を中心として中央開口及びその外側において半径の異なる複数の同心円上に各々環状に配置される複数の開口を有する第２の絞り部とを有し、
    　前記演算装置は、前記第１の絞り部の開口のみを通過した荷電粒子線により取得した第１の画像と、前記第１の画像と同じ走査領域でかつ前記第２の絞り部の複数の開口を通過した荷電粒子線により取得した第２の画像とを取得する機能と、
    　前記第１の画像と前記第２の画像から前記収差を測定する機能とを備えている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記収差測定用絞りは、前記第１の絞り部と、前記第２の絞り部とが同じ絞り板上の異なる場所に配置され、
    　前記第１の絞り部及び前記第２の絞り部のいずれか一方を前記光軸上に移動可能な可動絞りである
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  3. 　請求項１において、
    　前記収差測定用絞りは、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部が共通する前記中央開口を有し、前記第１の絞り部と前記第２の絞り部とが前記光軸を中心として同心円状に配置されている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  4. 　請求項３において、
    　前記照射光学系は、前記電子一次荷電粒子の絞り面上での照射領域を、前記前記中央開口のみを含む領域と、前記第１の絞り部及び前記第２の絞り部の全てを含む領域とに切り替えるクロスオーバ機能を備えている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  5. 　請求項１において、
    　前記照射光学系は、前記第１の絞り部のみを含む領域と、前記第２の絞り部の領域とに切り替えて前記第１の画像および試料面上のフォーカスを変えた前記第２の画像を取得するデフォーカス機能を備えている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  6. 　請求項１において、
    　前記演算装置は、前記第１の画像と、前記第２の画像から、前記第２の画像を前記第１の画像でデコンボリューションしたスポット画像を算出し、該スポット画像から前記収差を測定する機能を備えている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  7. 　請求項１において、
    　前記第２の絞りを構成する開口であって、前記光軸を中心とする同心円に沿って円環形状に配置される複数の開口群を有しており、
    　位相情報抽出のために前記円環上の特定位相に設けられた目印となる切り抜きもしくは不透過領域を有する
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  8. 　請求項７において、
    　前記円環上の周期情報抽出のための目印は、ｎ＞１の整数であるｎ次の収差測定のために、円環上にｎ周期成分を含む配置になっている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  9. 　請求項８において、
    　前記円環上の位相情報抽出のための目印は前記ｎ周期中少なくとも１周期分は他と異なる目印である
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  10. 　請求項７において、
    　前記円環上の開口群は、少なくとも２つ以上の光軸を中心とし該軸からの距離が異なる同心円上に配置される開口群から構成され、
    　前記位相情報抽出のための目印は、それぞれ異なる周期で配置されている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  11. 　請求項７において、
    　前記円環上の開口群は、軸からの距離が異なる少なくとも２つ以上の光軸を中心とし該軸からの距離が異なる同心円上に配置される開口群から構成され、
    　前記位相情報抽出のための目印は、それぞれ異なる位相で配置されている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  12. 　請求項３において、
    　前記第１の絞り部と、前記第２の絞り部とは前記絞り板上の前記光軸を中心として円周方向に異なる場所に配置され、
    　前記可動絞り微動機構は、前記絞り板に設けられた回転機構を持ち、前記絞り板を回転させることで前記第１の絞りと前記第２の絞りを前記光軸に入れ替える機構を持つ
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  13. 　試料を載置する試料ステージと、
    　該試料ステージ上に載置された試料に対して一次荷電粒子線を走査する照射光学系と、
    　当該荷電粒子線の走査により発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
    　収差を検出する演算装置を有し、
    　前記照射光学系は、
    　荷電粒子線源から入射した前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器と、
    　前記荷電粒子線源と前記収差補正器の間に配置される収差測定用絞りとを有し、
    　該収差測定用絞りは、
    　前記荷電粒子線源から放出される一次荷電粒子の光軸上に配置される中央開口を備える第１の絞り部と、
    　前記光軸を中心として中央開口の外側において半径の異なる複数の同心円上に各々少なくとも１個配置される開口を有する第２の絞り部とを有し、
    　前記演算装置は、前記第１の絞り部の開口のみを通過した荷電粒子線により取得した第１の画像と、前記第１の画像と同じ走査領域でかつ前記第２の絞り部の半径の異なる複数の同心円上の開口を通過した荷電粒子線により取得した第２の画像とを取得する機能と、
    　前記第２の画像を前記第１の画像でデコンボリューションしたスポット画像を算出し、該スポット画像から収差を測定する機能とを備えている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  14. 　請求項１３において、
    　前記照射光学系は、開き角を制御する第１のレンズと、該第１のレンズ後段に配置され通過する前記一次荷電粒子線を規定の角度に調整する第２のレンズと、第２のレンズ後段に配置され入射した前記収差補正器とを有し、
    　前記収差測定用絞りは前記第１のレンズと前記第２のレンズの間もしくは前記第２のレンズと前記収差補正器の間に配置されており、
    　前記絞りは光軸上に配置された前記第１の絞り部と、該第１の絞り部を中心として同心円状に配置された複数の開口を備える前記第２の絞り部を備え、
    　前記演算装置は、前記第１のレンズと前記第２のレンズを調整し前記第１の絞り部のみを通過した荷電粒子線により取得した前記第１の画像と、該第１の画像と走査領域を変えず前記第１のレンズと前記第２のレンズを調整して前記第１の絞り部および前記第２の絞り部を通過した荷電粒子線により取得した前記第２の画像からデコンボリューションスポット画像を算出し、該スポット画像より収差を測定する機能を備えた
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  15. 　請求項１４において、
    　前記絞りは、一枚の絞り板上において異なる３種類の収束角に対応してそれぞれ１つ設けられた複数の開口と、
    　前記絞り板を回転させる回転機構とを備え、
    　前記絞り板を回転させて任意の位相の前記画像を取得し前記第１の画像及び前記第２の画像とする
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  16. 　請求項１４において、
    　前記第２の絞りを構成する開口であって、前記光軸を中心とする同心円に沿って円環形状に配置される複数の開口群を有しており、
    　前記同心円上に配置される複数の開口群は、ｎ＞１の整数であるｎ次の収差測定のために、前記同心円上ｎ周期成分を含む配置となっている
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  17. 　請求項１６において、
    　前記開口群は、少なくとも２つ以上の光軸を中心とする同心円上に配置される開口群から構成され、開口群毎に判別可能とするための開口群間で異なる大きさもしくは形状をもち、開口群毎に異なる周期もしくは位相で配置される
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置。
  18. 　荷電粒子線装置の幾何収差測定方法であって、
    　前記荷電粒子線装置は、
    　試料を載置する試料ステージと、
    　該試料ステージ上に載置された試料に対して一次荷電粒子線を走査する照射光学系と、
    　当該荷電粒子線の走査により発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
    　該検出器の出力信号を画像表示する表示手段と、
    　収差を検出する演算装置を有し、
    　前記照射光学系は、
    　荷電粒子線源から入射した前記一次荷電粒子線の収差を補正する収差補正器と、
    　前記荷電粒子線源と前記収差補正器の間に配置される収差測定用絞りとを有し、
    　該収差測定用絞りは、
    　前記荷電粒子線源から放出される一次荷電粒子の光軸上に配置される中央開口を備える第１の絞り部と、
    　前記光軸を中心として中央開口の外側において半径の異なる複数の同心円上に各々環状に配置される複数の開口を有する第２の絞り部とを有し、
    　前記第１の絞りを通過した荷電粒子線により第１の画像を取得し、
    　前記第１の画像と走査領域を変えずに前記第２の絞りを通過した荷電粒子線により第２の画像を取得し、
    　前記第２の画像を前記第１の画像でデコンボリューションしたスポット画像を算出し、
    　該スポット画像から収差を測定する
    　ことを特徴とする荷電粒子線応用装置の幾何収差測定方法。
  19. 　請求項１８において、
    　前記収差測定用絞りは、前記第１の絞り部と、前記第２の絞り部とが同じ絞り板上の異なる場所に配置されており、
    　前記第１の絞り部を前記光軸上に移動させて前記第１の画像を取得し、
    　前記第２の絞り部を前記光軸上に移動させて前記第２の画像を取得する
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置の幾何収差測定方法。
  20. 　請求項１８において、
    　前記収差測定用絞りは、前記第１の絞り部と、前記第２の絞り部とが前記光軸を中心とする同心円状に配置されており、
    　前記一次荷電粒子の照射領域を、前記第１の絞り部のみを含む領域として、前記第１の画像を取得し、
    　前記一次荷電粒子の照射領域を、前記第１の絞り部及び前記第２の絞り部の全てを含む領域に切り替えて、前記第２の画像を取得する
    ことを特徴とする荷電粒子線応用装置の幾何収差測定方法。
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