(57)【要約】【課題】  本開示は、ビームの調整に伴って発生する新たな収差の補正条件を速やかに見出すことが可能な荷電粒子線装置の提供を目的とする。【解決手段】  本開示では、上記目的を達成するために、荷電粒子源から放出されたビームを集束して試料に照射するように構成された対物レンズ（７）と、ビームの試料に対する到達位置を偏向するように構成された視野移動用偏向器（５、６）と、視野移動用偏向器と荷電粒子源との間に配置される収差補正ユニット（３、４）を備え、収差補正ユニットは、異なるビーム照射条件で照射された前記ビームの到達位置の変化を抑制するように構成されている荷電粒子線装置を提案する。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出されたビームを集束して試料に照射するように構成された対物レンズと、前記ビームの前記試料に対する到達位置を偏向するように構成された視野移動用偏向器と、当該視野移動用偏向器と前記荷電粒子源との間に配置される収差補正ユニットを備え、
当該収差補正ユニットは、異なるビーム照射条件で照射された前記ビームの到達位置の変化を抑制するように構成されている荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記収差補正ユニットは、１以上のレンズと当該１以上のレンズを通過する前記ビームを偏向する１以上の偏向器を備えた荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記１以上のレンズは、回転対称レンズ、或いは多極子レンズである荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記荷電粒子源から放出されたビームを前記試料に向かって加速させる加速電極と、当該加速電極に印加する電圧を制御する制御装置を備え、
当該制御装置は、前記加速電極に印加する電圧を変化させたときのビームの到達位置の変化を抑制するように、前記収差補正ユニットを制御する荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記制御装置は、前記収差補正ユニットを用いた収差補正を行わないときの軌道に戻るように、前記視野移動用偏向器を制御する荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記視野移動用偏向器は、少なくとも上段視野移動用偏向器と下段視野移動用偏向器を含み、
前記制御装置は、収差補正ユニットの収差補正条件に応じて、前記上段視野移動用偏向器と下段視野移動用偏向器の偏向条件を制御する荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項６において、
前記制御装置は、前記上段視野移動用偏向器と前記下段視野移動用偏向器の偏向条件が所定の比率となるように調整する荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１において、
前記収差補正ユニットと、前記対物レンズとの間に、１以上のコンデンサレンズと、当該コンデンサレンズを通過するビームを偏向する１以上の軸調整用偏向器が設けられる荷電粒子線装置。
【請求項９】
荷電粒子源から放出されたビームの到達位置を変化させる視野移動用偏向器を用いて、試料上の所望の位置に視野を位置付ける方法であって、
前記視野移動用偏向器を用いて、所望の到達位置にビームを偏向し、
当該所望の到達位置にビームを偏向したときの前記ビームの入射ビームの傾斜を打ち消すように、前記視野移動用偏向器の偏向条件を調整し、
前記視野移動用偏向器による視野移動量に応じて発生する軸外色収差と、当該視野移動量に応じて発生する軸外色収差と、前記入射ビームの傾斜を打ち消すような視野移動用偏向器の偏向条件の設定によって発生する軸外色収差を打ち消すように、前記荷電粒子源と前記視野移動用偏向器との間に配置された収差補正ユニットを調整する方法。
【請求項１０】
荷電粒子源から放出されたビームを集束して試料に照射するように構成された対物レンズと、前記ビームの前記試料に対する到達位置を偏向するように構成された視野移動用偏向器と、当該視野移動用偏向器と前記荷電粒子源との間に配置される収差補正ユニットと、前記視野移動用偏向器と収差補正ユニットを制御する制御装置を備え、
当該制御装置は、
前記視野移動用偏向器を用いて、所望の到達位置にビームを偏向し、
当該所望の到達位置にビームを偏向したときの前記ビームの入射ビームの傾斜を打ち消すように、前記視野移動用偏向器の偏向条件を調整し、
前記視野移動用偏向器による視野移動量に応じて発生する軸外色収差と、当該視野移動量に応じて発生する軸外色収差と、前記入射ビームの傾斜を打ち消すような視野移動用偏向器の偏向条件の設定によって発生する軸外色収差を打ち消すように、前記収差補正ユニットを調整する荷電粒子線装置。
【請求項１１】
荷電粒子源から放出されたビームを集束して試料に照射するように構成された対物レンズと、当該対物レンズと前記荷電粒子源との間に配置される第１のレンズ、第２のレンズ、及びそれぞれのレンズを通過するビームを偏向する第１の偏向器と第２の偏向器と、当該第１のレンズ、第２のレンズ、第１の偏向器、及び第２の偏向器を制御する制御装置を備え、
前記制御装置は、前記対物レンズが発生する軸外色収差と軸外コマ収差の発生方向の逆方向であって、前記対物レンズが発生する軸外色収差と軸外コマ収差と同じ発生量の軸外色収差と軸外コマ収差を、前記第１のレンズ、第２のレンズ、第１の偏向器、及び第２の偏向器を制御することによって発生する荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、荷電粒子線装置に係り、特に試料上の複数点にビームを照射するときのビーム条件の設定が可能な荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微細な半導体デバイスパターンの測定や検査のために、走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）のような荷電粒子線装置が用いられている。走査電子顕微鏡は、集束した電子ビームを試料上で走査させることによって得られる画像等を用いて測定や検査を行う装置である。昨今の半導体デバイスの複雑化、微細化に伴い、短時間により多くの測定や検査の要望が強くなっている。検査速度を向上するには撮像時間の短縮と視野移動時間の短縮が有効である。
【０００３】
ＳＥＭの視野移動には、試料位置を移動させるステージ移動と電子ビームの照射位置を移動させるイメージシフトの２通りの手段がある。イメージシフトは電気的に視野移動を行うため、機械的な動作を伴うステージ移動に比べて高速かつ正確な視野移動が可能である。しかしイメージシフトのために電子ビームを偏向すると対物レンズの軸外収差が発生しＳＥＭの空間分解能が劣化するため、通常イメージシフトは微小な視野移動に限定して用いられる。
【０００４】
軸外収差を補正しイメージシフトの使用可能範囲を拡大する方法として、最も支配的な収差である軸外色収差を補正する方法がある。特許文献１に開示されているように、イメージシフト可動領域の各点について、２つの加速電圧間の電子ビームの照射位置のずれが最小となるように収差補正器への入射条件を調整することで軸外色収差を補正できる。
【０００５】
また、特許文献２には２つの加速電圧間の電子ビームの照射位置のずれから軸外色収差を測定し、この測定結果に基づき補正を行うことで補正完了までに必要な繰り返し回数を削減できる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１４−０５３０７４号公報
【特許文献２】特開２０１０−２５１２１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
イメージシフト動作時の空間分解能の低下を抑制するためには、対物レンズの軸外色収差を補正する必要がある。これは特許文献１、特許文献２に記載されているように、イメージシフト各点で軸外色収差が補正されるように収差補正器への入射条件を調整することで可能である。
【０００８】
しかし、この手段では補正により収差補正器通過後の電子軌道が変化するため、試料に対する電子の入射角度が変化する。このためイメージシフトの使用量ごとに半導体デバイスパターンの見え方が変化し、検査・計測精度にばらつきが生じてしまう。また収差補正器通過後の電子軌道が変化すると対物レンズへの入射条件も変化することになるため、対物レンズで発生する収差量も変化する。このような状況下で補正を行うと収差補正完了までに非常に多くの繰り返し回数を必要とするため、膨大な調整時間が必要となってしまう。
【０００９】
以下に、ビームの調整に伴って発生する新たな収差の補正条件を速やかに見出すことを目的とする荷電粒子線装置について説明する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源から放出されたビームを集束して試料に照射するように構成された対物レンズと、ビームの試料に対する到達位置を偏向するように構成された視野移動用偏向器と、視野移動用偏向器と荷電粒子源との間に配置される収差補正ユニットを備え、収差補正ユニットは、異なるビーム照射条件で照射された前記ビームの到達位置の変化を抑制するように構成されている荷電粒子線装置を提案する。
【００１１】
また、上記目的を達成するための他の態様として、荷電粒子源から放出されたビームの到達位置を変化させる視野移動用偏向器を用いて、試料上の所望の位置に視野を位置付ける方法、或いは装置であって、視野移動用偏向器を用いて、所望の到達位置にビームを偏向し、所望の到達位置にビームを偏向したときのビームの入射ビームの傾斜を打ち消すように、視野移動用偏向器の偏向条件を調整し、視野移動用偏向器による視野移動量に応じて発生する軸外色収差と、視野移動量に応じて発生する軸外色収差と、入射ビームの傾斜を打ち消すような視野移動用偏向器の偏向条件の設定によって発生する軸外色収差を打ち消すように、荷電粒子源と視野移動用偏向器との間に配置された収差補正ユニットを調整する方法、及び装置を提案する。
【００１２】
更に、上記目的を達成するための更なる他の態様として、荷電粒子源から放出されたビームを集束して試料に照射するように構成された対物レンズと、対物レンズと荷電粒子源との間に配置される第１のレンズ、第２のレンズ、及びそれぞれのレンズを通過するビームを偏向する第１の偏向器と第２の偏向器と、第１のレンズ、第２のレンズ、第１の偏向器、及び第２の偏向器を制御する制御装置を備え、制御装置は、対物レンズが発生する軸外色収差と軸外コマ収差の発生方向の逆方向であって、対物レンズが発生する軸外色収差と軸外コマ収差と同じ発生量の軸外色収差と軸外コマ収差を、第１のレンズ、第２のレンズ、第１の偏向器、及び第２の偏向器を制御することによって発生する荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【００１３】
上記構成によれば、ビームの調整に伴って発生する新たな収差の補正条件を速やかに見出すことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】視野移動を行ったときの収差を補正する収差補正レンズと収差補正用偏向器を備えた荷電粒子線装置の概要を示す図。
【図２】収差補正レンズと対物レンズとの間にコンデンサレンズを備えた荷電粒子線装置の概要を示す図。
【図３】視野移動用偏向器によって対物レンズの軸外に視野移動（イメージシフト）を行ったときのビームの軌道を示す図。
【図４】視野移動用偏向器による視野移動を行わずに、光軸に対してビームの入射角度を傾斜させたときのビームの軌道を示す図。
【図５】軸外コマ収差を補正するために用いられる電子ビーム軌道の一例を示す図。
【図６】収差補正用偏向器の調整工程を示すフローチャート。
【図７】収差補正用偏向器の調整工程を示すフローチャート。
【図８】収差補正用偏向器の偏向条件調整用試料の一例を示す図。
【図９】収差補正用偏向器の条件を固定した状態で、加速電圧を変化させたときに生じる像ずれの様子を示す図。
【図１０】収差補正用偏向器の条件の変化に応じたずれの推移を示す図。
【図１１】軸調整用偏向器の調整工程を示すフローチャート。
【図１２】走査電子顕微鏡の概要を示す図。
【図１３】走査電子顕微鏡を制御するコントロールシステムと走査電子顕微鏡から出力される信号を処理するコンピュータシステムの概要を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、図面を用いて軸外収差を補正する機能を備えた荷電粒子線装置について説明する。なお、以下の説明では、荷電粒子線装置の一態様として走査電子顕微鏡を例にとって説明するが、集束イオンビーム装置等の他の荷電粒子線装置への適用も可能である。
【実施例１】
【００１６】
図１に、試料に対するビームの入射角度を維持した状態で、軸外収差補正を行うことができる走査電子顕微鏡を例示する。なお、以下の説明では荷電粒子線装置の一態様として、走査電子顕微鏡を例に取って説明するが、集束イオンビーム装置等、他の荷電粒子線装置への適用も可能である。
【００１７】
図１に例示するように電子源１から図示しない引き出し電極から引き出された電子は、加速電極２によって加速され、電子ビームとなる。電子ビームは対物レンズ７によって集束され、試料８に照射される。また、図１に例示する走査電子顕微鏡には、電子ビームの走査位置（視野位置）を移動するための視野移動用偏向器（イメージシフト偏向器）５、６が設けられている。また、視野移動用偏向器５、６によるビーム偏向の影響を抑制するための収差補正レンズ４と収差補正用偏向器３が設けられている。これらの光学素子の動作については後述する。
【００１８】
図１２は、図１に例示した走査電子顕微鏡のより具体的な構成を説明する図であり、走査電子顕微鏡１２００を制御するコントロールシステム１２０６と、得られた情報を処理するコンピュータシステム１２０７を含む走査電子顕微鏡システムの一例を示す図である。
【００１９】
電子源１から引き出し電極１２０１によって引き出された電子は、加速電極２によって加速され、試料８に照射される。試料８は、電子ビーム光軸をｚ方向としたときに、少なくともｘ−ｙ方向に試料８を移動させることができる試料ステージ１２０８に載せられている。
【００２０】
また、試料に到達する電子ビームは、走査偏向器１２０２、１２０３によって試料８上を一次元的、或いは二次元的に走査される。ビーム走査によって試料８から２次電子（Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ：ＳＥ）や後方散乱電子（Ｂａｃｋｓｃａｔｔｅｒｅｄ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ；ＢＳＥ）等の信号電子１２０８が放出される。信号電子１２０８は信号電子偏向用偏向器１２０４によって電子ビーム光軸外に導かれ、検出器１１０５によって検出され、信号波形や画像データが生成される。検出器１２０５の検出面には、例えばシンチレータが配置され、当該シンチレータによって生成された光はライトガイド等によって導かれ、光電子増倍管を経て再び電子に変換、増幅されて電気信号となる。この電気信号は図示しない表示装置やフレームメモリに送られ、表示、或いは記憶される。表示装置の走査と偏向器１２０２、１２０３の走査は同期しているため、表示装置上には信号電子の量に応じた明るさの変化が現れ、ＳＥＭ像が表示される。
【００２１】
なお、検出器として試料から放出された信号電子を直接検出する検出器に代えて、信号電子の衝突によって２次電子を発生する変換電極を、信号電子の軌道上に配置し、変換電極によって変換された２次電子を引き込んで検出する検出器を採用するようにしても良い。
【００２２】
走査電子顕微鏡１２０１の各構成要素は、コントロールシステム１２０６によって制御される。コントロールシステム１２０６は、図１３に例示するコンピュータ可読媒体１３０１に記憶されたプログラム命令１３０２に従って、走査電子顕微鏡の各構成要素を制御する。
【００２３】
また、走査電子顕微鏡１２００は、コンピュータシステム１２０７（コンピュータサブシステム）に１以上の伝達媒体で結合され、検出器１２０５の出力は、当該伝達媒体を介して電気信号、信号データ、画像データ等の任意の適切な出力信号として、コンピュータシステム１２０７に伝送される。出力信号は、プログラム命令１３０２、及び入出力装置１３０４から入力された処理命令の少なくとも一方に従って加工され、加工後のデータはメモリ１３０３に記憶され、入出力装置１２０４の図示しない表示装置等に表示される。
【００２４】
コンピュータシステムは、パーソナルコンピュータシステム、画像コンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ワークステーション、ネットワーク機器、インターネット機器、または他の機器を含む様々な形態を取ることができる。
【００２５】
コントロールシステム１２０６は、プログラム命令１３０２を実行することによって、後述するステップに従って、装置条件を設定する。
【００２６】
以下に、視野移動用偏向器によって視野移動を行ったときに発生する軸外収差を、試料に対する入射角度を維持しながら補正する例について図１等を用いて説明する。電子源１から放出された一次電子は加速電極２により加速されたのち、少なくとも１つのコンデンサレンズにより対物レンズ７の物面位置に集束される。その後、対物レンズ７により試料８に集束される。
【００２７】
イメージシフトを行うには少なくとも２つの視野移動用偏向器５、６により一次電子を偏向する。視野移動用偏向器５、６は収差補正レンズ４と対物レンズ７の間に配置された静電もしくは磁場偏向器であり、対物レンズ７や収差補正レンズ４の電磁場内に配置してもよい。
【００２８】
図１には試料８に対して垂直入射となる場合の電子軌道１００を示した。このとき電子軌道１００は対物レンズ７の軸外を通過するため、軸外収差の影響を受け空間分解能が低下する。
【００２９】
一方、収差補正レンズ４の直上に位置する収差補正用偏向器３により一次電子を偏向し収差補正レンズ４への入射条件を変更すると、収差補正レンズ４においても軸外収差が発生する。このように収差補正レンズ４と収差補正用偏向器３の組み合わせは収差補正ユニットを構成する。
【００３０】
収差補正レンズ４は回転対称レンズでもよいし、多極子を用いてもよい。前記対物レンズ７で発生する軸外収差と同じ大きさで反対方向に発生する軸外収差を収差補正レンズ４で発生させるように収差補正用偏向器３に印加する電流・電圧を調整することで、前記対物レンズ７で発生する軸外収差を補正できる。
【００３１】
試料に対して垂直入射となる電子軌道１００に対して、軸外収差補正を行うために収差補正用偏向器３により電子軌道１００を偏向したときの軌道は電子軌道１０１のようになる。電子軌道１０１は対物レンズ７を通過する位置が電子軌道１００とは異なるため、対物レンズ７で発生する収差量も異なる。従って電子軌道１０１では補正が完全ではなく軸外収差が残存している。
【００３２】
適切な軸外収差補正条件を見つけるためには、再び収差補正用偏向器３に印加する電流・電圧を調整するシーケンスを繰り返し行うことになる。更に電子軌道１０１では試料に対する一次電子の入射角度が垂直入射から変化しており、イメージシフトの使用量に伴い入射角度が変化し像質が変化することになる。
【００３３】
そこで本実施例では、収差補正レンズ４を通過した電子ビームの軌道が、電子軌道１０２を通過するように、各光学素子の条件を調整する。電子軌道１０２は、適切な軸外収差補正を行ったときに電子ビーム軌道を示している。図１の例では、上段の視野移動用偏向器５を制御して、下段の視野移動用偏向器６で、収差補正レンズ４を用いた収差補正を行わないときのビーム軌道に戻すような偏向を行っている。軸外収差補正の前後で対物レンズ７への入射条件を不変にすることで、補正完了までの繰り返し回数を減らし、また試料に対する一次電子の入射角度も維持できる。以下、電子軌道１０２を実現する制御方法について述べる。
【００３４】
通常、イメージシフト使用時には少なくとも２つの視野移動用偏向器５、６により一次電子を偏向する。そのとき視野移動用偏向器５に供給する電流、或いは電圧（偏向条件）を（Ｂｘ，Ｂｙ）、視野移動用偏向器６の偏向条件を（Ｃｘ，Ｃｙ）とすると、これらには数１のような関係を持たせておく。
【００３５】
【数１】
2020149767.tif 000003
【００３６】
係数（ａＵＬ，ｂＵＬ，ｃＵＬ，ｄＵＬ）は計算および実機上で取得される定数であり、対物レンズ７に印加する電流・電圧を変化させない限りは変わらない。また係数（ａＵＬ，ｂＵＬ，ｃＵＬ，ｄＵＬ）の決定方法はＳＥＭの用途によって異なる。例えば高分解能観察時には対物レンズ７のレンズ中心を一次電子が通過するように決定され、また試料に対して平行ビームを照射したい場合には対物レンズ７の前側焦点位置を一次電子が通過するように決定する。
【００３７】
また試料に対する照射電圧を変更する際に試料８に印加する負電圧を変更する場合には、照射電圧変更時の視野ずれを防ぐために試料８に印加する負電圧が形成する静電レンズのレンズ中心を一次電子が通過するように決定すると良い。
【００３８】
本実施例では、数２、数３に示すように、軸外収差補正時の収差補正用偏向器３の偏向条件（Ａｘ，Ａｙ）から、視野移動用偏向器５、６の偏向条件（Ｂｘ，Ｂｙ)、（Ｃｘ，Ｃｙ）を決定する。係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ）は計算で求めてもよいし、実機上で取得してもよい。数２、数３に示すように、上段の視野移動用偏向器５と下段の視野移動用偏向器は所定の比率で、その偏向条件が調整される。
【００３９】
【数２】
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【００４０】
【数３】
2020149767.tif 000005
【００４１】
収差補正用偏向器３により一次電子を偏向したときの収差補正レンズ４による電子軌道の変化は、収差補正レンズ４のレンズ作用で決定される。すなわちレンズ物面位置の一次電子の離軸量と勾配にレンズの倍率または角度倍率をかけると、レンズ像面における一次電子の離軸量と勾配が得られる。この演算は線形演算であり、また自由空間の一次電子の軌道変化も線形演算で表される。従って収差補正用偏向器３による一次電子の偏向角度と視野移動用偏向器５の位置における一次電子の離軸量と勾配には線形の関係がある。そのため、収差補正用偏向器３に印加する電流・電圧条件から数２、数３に従って視野移動用偏向器５、６を制御することで、軸外収差補正時に対物レンズ７への入射条件を不変に保つことが可能となる。
【００４２】
電子軌道１００について加速電極２に印加する電圧を変更すると、視野ずれが発生する。この視野ずれを収差補正用偏向器３に印加する電流・電圧条件を数２、数３の関係を維持しながら調整することで最小にする。
【００４３】
このような制御方法によると、収差補正用偏向器３に電流・電圧を印加する前後で対物レンズ７において発生する軸外色収差量が変化しないため、試料に対する入射角度を維持し、更に２、３回程度の非常に少ない繰り返し回数で補正を完了できる。
【００４４】
以上の制御によって、軸外収差補正完了までの調整の繰り返し回数を低減し、また試料に対する一次電子の入射角度を一定に維持しながらイメージシフトを行うことが可能となる。
【００４５】
本実施例によれば、軸外色収差補正条件の探索と試料に対する電子ビームの入射角度の制御を独立に行うことが可能となる。その結果、収差補正条件の探索に要する繰り返し回数を大幅に削減でき、調整時間の短縮が可能となる。
【００４６】
以下に、視野移動条件に応じた収差補正素子（収差補正用偏向器）の条件を見出す手法について説明する。本実施例では、軸外色収差が補正されたイメージシフト軌道を調整することで、適正な制御条件を見出す例について説明する。図６は、適正な装置条件を見出す工程を示すフローチャートである。なお、本実施例では例えば図８に例示するような調整用試料８０１を用いて、収差補正用偏向器３の条件設定を行う。調整用試料８０１は例えば試料ステージ１２０８上に配置され、コントロールシステム１２０６は、収差補正用偏向器３の調整時に、電子ビームの照射位置に調整用試料８０１が位置付けられるように、試料ステージ１２０８を制御する。
【００４７】
調整用試料８０１には、既知の間隔で配置された複数の調整用パターン８０２が設けられている。調整用パターン８０２は例えば図９に例示するような十字パターンであり、画像上でｘ−ｙ方向のずれ量の特定に用いられる。
【００４８】
コントロールシステム１２０６は、図１３に例示するコンピュータ可読媒体１３０１に記憶されたプログラム命令１３０２に従って、図６に例示するような制御を実行する。まず、調整用試料８０１の中心とビーム光軸が一致するように、試料ステージ１２０８を制御すると共に、収差補正を行う視野移動条件でビーム偏向を行う（ステップ６０１）。そして予め登録されている偏向条件で収差補正用偏向器３によるビーム偏向を行う（ステップ６０２）。
【００４９】
次に、加速電極２に印加する加速電圧を条件１に設定し、電子ビームを照射すると共に、走査偏向器１２０４、１２０５を用いて、当該電子ビームを調整用パターン８０２上で二次元走査することで、画像１を形成する（ステップ６０３、６０４）。更に、加速電極２に印加する加速電圧を、条件１とは異なる条件２に設定し、電子ビームを照射すると共に、走査偏向器１２０４、１２０５を用いて、当該電子ビームを調整用パターン８０２上で二次元走査することで、画像２を形成する（ステップ６０５、６０６）。
【００５０】
コンピュータシステム１２０７は、画像処理によって画像１と画像２に表示されているパターン間のずれを算出（ステップ６０７）し、そのずれがゼロ以外、或いは予め設定された所定値を越えるような場合は、コントロールシステム１２０６は、ずれ量が少なくなるように、収差補正用偏向器３の条件を調整し、再度、ステップ６０３〜６０７の処理を繰り返す。また、コントロールシステム１２０６は、収差補正用偏向器３の偏向条件（Ａｘ，Ａｙ）の条件が変化に応じて、上記比率を維持するように視野移動用偏向器５、６の偏向条件を調整する。
【００５１】
以上の処理の結果、ずれ量がゼロ、或いは所定値以下となったときの偏向条件（Ａｘ，Ａｙ）を、設定された視野移動条件に対する収差補正用偏向器３の偏向条件として、所定の記憶媒体に登録する（ステップ６０９）。
【００５２】
以上の処理を、収差補正対象となる視野移動量と視野移動方向の組み合わせ分、繰り返すことによって、複数の視野移動条件について、適切な収差補正を行うことが可能となる。
【００５３】
図７は、適正な収差補正用偏向器の偏向条件を見出す工程を示すフローチャートであって、図６とは異なる例を示す図である。なお、図６の同じ処理を行うステップには、同じ符号が付されている。図７に例示する調整工程では、図９に例示するように、収差補正用偏向器条件Ａの状態にて、ステップ６０７にて画像１と画像２との間でずれ有りと判定された場合、収差補正偏向器の条件を条件Ｂ（Ａ＋ΔＡ）に設定した状態で、ステップ６０３〜６０７を繰り返す。
【００５４】
以上のようにして得られた複数のずれ情報に基づいて、ずれがゼロとなる収差補正偏向器の偏向条件を算出する（ステップ７０２）。
【００５５】
ここで、ここで複数のずれ情報を用いた偏向条件の算出法について説明する。図１０に例示するように、条件Ａのときのずれ量ΔＡと条件Ｂのときのずれ量ΔＢから、ずれ量と偏向条件を変数とする関数に含まれる係数（図１０の例では直線１００１の傾き）を、例えば連立方程式等を用いて求め、当該係数を含む関数を用いて、加速電圧を変化させても画像ずれのない収差補正用偏向器の条件を求める。このような調整を行うことによって、適正な収差補正用偏向器の条件を見出すことが可能となる。なお、本実施例では説明を簡単にするために、１方向のずれのみを補正する例について説明したが、ビームを偏向する場合、少なくとも２方向のずれ（ｘ方向とｙ方向のずれ）の特定に基づいて、少なくとも２方向にビームを偏向する偏向器の条件を設定する必要がある。
【実施例２】
【００５６】
次に、収差補正レンズ４と対物レンズ７の間に、コンデンサレンズ１１を設けた光学系を備えた荷電粒子線装置について説明する。コンデンサレンズ１１は、収差補正レンズ４で発生する収差が対物レンズ７で発生する収差に比べて小さい場合に、これらの収差をつり合わせるための収差を発生させるために用いることができる。図２に示すように、コンデンサレンズ１１と収差補正レンズ４の間には軸調整用偏向器１０が配置されている。
【００５７】
軸外収差補正のために収差補正用偏向器３により一次電子を偏向すると、収差補正レンズ４のレンズ作用によって、コンデンサレンズ１１の軸外を一次電子が通過する。この場合、一次電子はコンデンサレンズ１１のレンズ作用によって軌道が変化し、その結果対物レンズ７への入射条件も変化してしまう。また一次電子がコンデンサレンズ１１の軸外を通過することでコンデンサレンズ１１においても軸外収差が発生するため、意図しない収差発生の原因となる。
【００５８】
上記の問題を解決するため、数２、数３の連動制御に加えて、軸外収差補正時に印加される収差補正用偏向器３の偏向条件（Ａｘ，Ａｙ）から、軸調用偏向器１０の偏向条件（Ｄｘ，Ｄｙ）を、数４の演算に基づいて決定する。係数（ｉ，ｊ，ｋ，ｌ）は計算で求めてもよいし、実機上で取得してもよい。
【００５９】
【数４】
2020149767.tif 000006
【００６０】
係数（ｉ，ｊ，ｋ，ｌ）をコンデンサレンズ１１のレンズ中心を通過するように制御すれば、収差補正用偏向器３により一次電子を偏向にした際にコンデンサレンズ１１における収差の発生を抑制することができ、収差補正レンズ４のみで軸外収差を発生させることが可能となる。このような制御によれば、収差補正レンズ４と対物レンズ７の間に異なるレンズが配置された場合であっても、余分な収差を発生させることなく、軸外収差補正完了までの調整の繰り返し回数を低減し、また試料に対する一次電子の入射角度を一定に維持しながらイメージシフトを行うことが可能となる。
【００６１】
収差補正レンズ４と対物レンズ７の間に配置されたコンデンサレンズは複数でもよいし、静電レンズでも磁場レンズでもよい。また更に各レンズの間に偏向器を配置することで、各レンズに対して数４と同様の制御を行うことで余分な収差の発生を防ぐことができる。
【００６２】
更に図２に示すように視野移動用偏向器５、６を制御する係数（ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ，ｆ，ｇ，ｈ）を対物レンズ７のレンズ中心を通過し、かつ試料に対して垂直入射となるように決定すれば、収差補正用偏向器３による一次電子の偏向量を変えることで収差補正レンズ４において発生する収差量のみが異なる電子軌道１０３を得ることができる。電子軌道１０３において収差量を測定すれば、収差補正レンズ４や収差補正用偏向器３の製造や組み立てのばらつきを検証することも可能である。
【００６３】
図１１は、軸調整用偏向器１０の調整工程を示すフローチャートである。図１１に例示するフローチャートは、例えば図６のステップ６０９の後に実行される。まず、コントロールシステム１２０６は、軸調整用偏向器１０の条件（Ｄｘ，Ｄｙ）を変更して、画像３を取得する（ステップ１１０１、１１０２）。この際、（Ｄｘ，Ｄｙ）の変更に伴って、（Ｂｘ，Ｂｙ）（Ｃｘ，Ｃｙ）も線形演算により調整する。この調整では、図６の工程を経て決められた（Ａｘ，Ａｙ）（Ｂｘ，Ｂｙ）（Ｃｘ，Ｃｙ）（Ｄｘ，Ｄｙ）と、図１１の工程で決められる（Ａｘ，Ａｙ）（Ｂｘ，Ｂｙ）（Ｃｘ，Ｃｙ）（Ｄｘ，Ｄｙ）を重畳することによって図１１における（Ａｘ，Ａｙ）（Ｂｘ，Ｂｙ）（Ｃｘ，Ｃｙ）（Ｄｘ，Ｄｙ）を決定する。更に取得された画像３について分解能評価を実行する（ステップ１１０３）。分解能評価には例えば２次元フーリエ変換（ＦＦＴ）による周波数解析から像分解能を得る手法等の採用が可能である。コンピュータシステム１２０７は予めメモリ１３０３等に記憶された分解能評価用の画像処理アルゴリズムを実行することによって、画像３の分解能評価を行う。
【００６４】
コントロールシステム１２０６は、ステップ１１０１〜１１０３を所定（複数）の軸調整用偏向器条件分、繰り返し実行し、分解能が最大、或いは所定値以上となる軸調整用偏向器１０を設定した上で、図６のステップ６０３に戻る。そして、再度ステップ６０３〜６０９の処理を行う。このループを複数回実行し、ずれ量と分解能がいずれも所定の条件を満たす収差補正用偏向器３と、軸調整用偏向器１０の組み合わせを見出す。この場合、図６のステップ６０９の後、分解能評価を行い、当該分解能が所定の条件を満たす場合には、図１１の処理に移行することなく、所定の視野移動位置での調整が終了したか否かを判断し、終了している場合には、調整を終了させる。
【００６５】
以上のような処理を行うことによって、収差補正用偏向器３と軸調整用偏向器１０の条件を適切に設定することが可能となる。
【００６６】
なお、上述の説明では分解能評価に基づいて、軸調整用偏向器１０の条件を設定する例について説明したが、これに限ることはなく、画像のコントラスト、コントラストノイズ比等の他の画質評価指標値に基づいて、軸調整用偏向器１０の条件を設定するようにしても良い。
【実施例３】
【００６７】
一次電子の試料に対する入射角度、軸外色収差量、イメージシフトによる視野移動量を独立に制御する手段について述べる。まず、制御に用いる各電子軌道について述べる。
【００６８】
図２に示した電子軌道１０３は、試料表面に対して垂直（対物レンズ光軸に平行）入射かつ視野移動のない軌道である。電子軌道１０３では、収差補正用偏向器３により一次電子を偏向したときに対物レンズ７への入射条件を変えないように視野移動用偏向器５，６および軸調用偏向器１０に印加する電流・電圧が上述の数２、３、４に基づいて制御されている。電子軌道１０３では、収差補正用偏向器３の偏向条件（Ａｘ，Ａｙ）と、試料上で発生する軸外色収差量Ｃｒｃｄ＝（Ｃｒｃｄｘ，Ｃｒｃｄｙ）の間に数５の関係がある。係数（ａＣＡ，ｂＣＡ，ｃＣＡ，ｄＣＡ）は、収差補正レンズ４の集束条件（電磁レンズであれば励磁電流、静電レンズであれば印加電圧）と、コンデンサレンズ３および対物レンズ７の集束条件から決定される。または加速電極２に印加する電圧を変更したときの視野移動量を測定することで軸外色収差量を測定でき、その結果から各係数を決定してもよい。
【００６９】
【数５】
2020149767.tif 000007
【００７０】
図３に示した電子軌道１０４は視野移動用偏向器５、６によって軸外に視野移動（イメージシフト）を行ったときのビームの軌道である。電子軌道１０４は試料に対して垂直入射でもよいし、対物レンズ７の中心を偏向支点とする場合のようにイメージシフト量に応じて入射角度が変化してもよい。視野移動用偏向器５、６の偏向条件は、数１に基づいて決定される。また、イメージシフトによる視野移動量ＩＳ＝（ＩＳｘ，ＩＳｙ）と視野移動用偏向器６の偏向条件（Ｃｘ，Ｃｙ）には数６に示す線形関係がある。係数（ａｍ，ｂｍ，ｃｍ，ｄｍ）は対物レンズ７の集束条件と数１から決定される。
【００７１】
【数６】
2020149767.tif 000008
【００７２】
電子軌道１０４では対物レンズ７の軸外を通過しているため、軸外収差が発生する。視野移動量ＩＳ＝（ＩＳｘ，ＩＳｙ）と入射角度θ＝（θｘ，θｙ)および軸外色収差量ｒｃｄ＝（ｒｃｄｘ，ｒｃｄｙ）には数７、８の関係がある。係数（ａＴ，ｂＴ，ｃＴ，ｄＴ，ａＡ，ｂＡ，ｃＡ，ｄＡ）は対物レンズ７の集束条件と数１に基づいて決定される。または試料に対する入射角度を測定する何らかの手段を用いて係数（ａＴ，ｂＴ，ｃＴ，ｄＴ）を実機上で取得してもよい。更に加速電極２に印加する電圧を変更したときの視野移動量を測定し軸外色収差量を算出することで係数（ａＡ，ｂＡ，ｃＡ，ｄＡ）を実機上で取得してもよい。
【００７３】
【数７】
2020149767.tif 000009
【００７４】
【数８】
2020149767.tif 000010
【００７５】
図４に示した電子軌道１０５は視野移動を行わずに、光軸に対してビームの入射角度を傾斜させたときの軌道である。図４では視野移動用偏向器６の位置に対物レンズ７の物面が位置する場合の軌道を図示した。対物レンズ７の物面位置が異なる場合でも、視野移動用偏向器５、６の上下段比を対物レンズ７に対してロッキング条件となるように決定することで、電子軌道１０５と同様に視野移動のない電子軌道を得ることができる。
【００７６】
電子軌道１０５は対物レンズ７の軸外を通過しているため、軸外収差が発生する。電子軌道１０５の入射角度Ｃθ＝（Ｃθｘ，Ｃθｙ）および軸外色収差量Ｔｒｃｄ＝（Ｔｒｃｄｘ，Ｔｒｃｄｙ）と視野移動用偏向器６の偏向条件（Ｃｘ，Ｃｙ） には数９、数１０の関係がある。
【００７７】
係数（ａＴＣ，ｂＴＣ，ｃＴＣ，ｄＴＣ，ａＴＡ，ｂＴＡ，ｃＴＡ，ｄＴＡ）は対物レンズ７の集束条件から決定される。または、試料に対する入射角度を測定する手段を用いて係数（ａＴＣ，ｂＴＣ，ｃＴＣ，ｄＴＣ）を実機上で取得してもよい。この場合、例えば形状が既知のピラミッド形状の試料を用いて、傾斜前の像、すなわちトップダウン像と傾斜後の像、すなわちチルト像を取得し、画像処理によって電子ビームの傾斜角度を求めることが考えられる。
【００７８】
更に加速電極２に印加する電圧を変更したときの視野移動量を測定し軸外色収差量を算出することで係数（ａＴＡ，ｂＴＡ，ｃＴＡ，ｄＴＡ）を実機上で取得してもよい。
【００７９】
【数９】
2020149767.tif 000011
【００８０】
【数１０】
2020149767.tif 000012
【００８１】
以下、上記の３種類の電子軌道を用いて垂直入射かつ軸外色収差が補正された電子軌道を得る手順を述べる。まず電子軌道１０４により視野移動を行う。次に電子軌道１０４の入射角度θ＝（θｘ，θｙ）を打ち消すように電子軌道１０５の軌道を足し合わせる。すなわちＣθ＝（Ｃθｘ，Ｃθｙ）＝（−θｘ，−θｙ）となるように視野移動用偏向器６の偏向条件を調整する。
【００８２】
次に電子軌道１０４、１０５で発生する軸外色収差量ｒｃｄ ＋ Ｔｒｃｄ＝（ｒｃｄｘ ＋ Ｔｒｃｄｘ，ｒｃｄｙ＋ Ｔｒｃｄｙ）を打ち消すように電子軌道１０３を足し合わせる。すなわちＣｒｃｄ＝（Ｃｒｃｄｘ，Ｃｒｃｄｙ）＝ （−（ｒｃｄｘ＋Ｔｒｃｄｘ），−（ｒｃｄｙ＋Ｔｒｃｄｙ））となるように収差補正用偏向器３、視野移動用偏向器５，６および軸調用偏向器１０を制御する。
【００８３】
以上より、各偏向器の偏向条件は以下の数１１、１２、１３、１４に基づいて決定される。実際の装置上で行われる動作としては、まずイメージシフトによる視野移動量ＩＳ＝（ＩＳｘ，ＩＳｙ）を入力とし、当該入力に基づいて収差補正用偏向器３の偏向条件（Ａｘ，Ａｙ）が数１１に基づいて決定される。更に、視野移動用偏向器５、６および軸調用偏向器１０の偏向条件は、数１２、１３、１４へのＩＳ、（Ａｘ，Ａｙ）の入力に基づいて決定される。
【００８４】
【数１１】
2020149767.tif 000013
【００８５】
【数１２】
2020149767.tif 000014
【００８６】
【数１３】
2020149767.tif 000015
【００８７】
【数１４】
2020149767.tif 000016
【００８８】
以上の偏向器の連動制御によって、垂直入射かつ軸外色収差が補正された電子軌道によるイメージシフトが可能となる。また得られた軌道に入射角度のオフセットθｏｆｆｓｅｔ＝（θｘｏｆｆｓｅｔ，θｙｏｆｆｓｅｔ）を電子軌道１０５によって加え、そのとき発生する軸外色収差を電子軌道１０３によって打ち消せば、任意の入射角度でイメージシフトを行うことが可能である。
【００８９】
また各軌道の調整が理想状態と異なる場合、例えば電子軌道１０３において微小な入射角度の変動や視野移動がある状態や電子軌道１０５において微小な視野移動がある状態には、一度の調整では軸外色収差が残存していたり、入射角度が所望の値からずれた電子軌道となることがある。
【００９０】
その場合には、数１１、１２、１３、１４に基づく制御を行った状態で、加速電極２に印加する電圧を変更したときの視野移動量を測定することで、残存した軸外色収差量を測定し、測定結果に基づいて再び電子軌道１０３を足し合わせることで軸外色収差量を低減できる。入射角度のずれにおいても試料に対する入射角度を測定する手段により入射角度を測定し、その結果に基づいて電子軌道１０５を足し合わせることで入射角度を所望の値に近づけることが可能である。このようなシーケンスを繰り返すことで、所望の電子軌道を得ることができる。
【実施例４】
【００９１】
実施例３の制御に加えて、イメージシフト時に対物レンズ７で発生する軸外収差のうち、２種類の軸外収差を同時に補正するために新たに追加する電子軌道１０６を図５に示す。対物レンズ７で発生する軸外収差は軸外色収差だけではなく、他の種類の収差も発生し分解能劣化の要因となる場合がある。以下、２種類目の軸外収差として軸外コマ収差を例として、軸外色収差と軸外コマ収差を同時に補正する手段について述べる。本実施例では、複数（２以上）の収差発生レンズと、当該収差発生レンズを通過するビームを偏向する偏向器を備えた荷電粒子線装置を例に採って説明する。
【００９２】
電子軌道１０６は軸調整用偏向器１０（第２の偏向器）によってコンデンサレンズ１１（第２のレンズ）の軸外を通過するように制御されている。このときコンデンサレンズ１１において軸外色収差と軸外コマ収差が発生する。軸外色収差と軸外コマ収差の発生方向と発生量はコンデンサレンズ１１の印加電流・電圧および軸調整用偏向器１０の印加電流・電圧から決定される。またコンデンサレンズ１１を通過した後の対物レンズ７への入射条件を変えないように、視野移動用偏向器５，６の印加電流・電圧が軸調整用偏向器１０の印加電流・電圧から線形演算によって決定される。
【００９３】
また電子軌道１０３においては、収差補正用偏向器３（第１の偏向器）による偏向によって、収差補正レンズ４（第１のレンズ）において軸外色収差と軸外コマ収差が発生する。軸外色収差と軸外コマ収差の発生方向と発生量は収差補正レンズ４の印加電流・電圧および軸調整用偏向器１０の印加電流・電圧から決定される。
【００９４】
一般に電子軌道１０３と電子軌道１０６において発生する軸外色収差と軸外コマ収差の発生方向と発生量は異なっている。従ってこれらの電子軌道を足し合わせることで軸外色収差のみが発生する電子軌道や、軸外コマ収差のみが発生する電子軌道を得ることができる。
【００９５】
対物レンズ７で発生する軸外色収差と軸外コマ収差は、対物レンズ７への入射条件によって決定される。従って、これらの電子軌道１０３と電子軌道１０６を足し合わせ、収差補正レンズ４とコンデンサレンズ１１で発生する合計の軸外色収差と合計の軸外コマ収差の発生方向と発生量を対物レンズ７で発生する軸外色収差と軸外コマ収差と逆方向で同じ発生量となるように制御することで、対物レンズ７の軸外色収差と軸外コマ収差を同時に補正できる。
【符号の説明】
【００９６】
１：電子源、２：加速電極、３：収差補正用偏向器、４：収差補正レンズ、５：視野移動用偏向器、６：視野移動用偏向器、７：対物レンズ、８：試料、１０：軸調整用偏向器、１１：コンデンサレンズ、１００：軸外収差補正を行う前の電子軌道、１０１：軸外収差補正後の電子軌道、１０２：軸外収差補正後の電子軌道、１０３：軸外収差のみを発生させる電子軌道、１０４：視野移動を行う電子軌道、１０５：入射角度を変化させる電子軌道、１０６：軸外収差のみを発生させる電子軌道
【図１】
2020149767.tif 000017
【図２】
2020149767.tif 000018
【図３】
2020149767.tif 000019
【図４】
2020149767.tif 000020
【図５】
2020149767.tif 000021
【図６】
2020149767.tif 000022
【図７】
2020149767.tif 000023
【図８】
2020149767.tif 000024
【図９】
2020149767.tif 000025
【図１０】
2020149767.tif 000026
【図１１】
2020149767.tif 000027
【図１２】
2020149767.tif 000028
【図１３】
2020149767.tif 000029