(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームをＸ方向及びＹ方向に偏向する走査偏向器と、前記荷電粒子源と対物レンズの間に、荷電粒子ビームの集束位置を調整する集束レンズを備えた荷電粒子線装置の調整方法において、
当該集束レンズによる荷電粒子ビームの集束位置を変化させると共に、当該集束位置を変化させる過程で検出される荷電粒子に基づいて、異なる集束位置における検出信号を取得し、当該検出信号に基づいて形成される波形信号、或いは画像の前記Ｘ方向、或いは前記Ｘ方向及びＹ方向への像揺れ量、或いは像ずれ量を算出し、当該像揺れ量或いは像ずれ量の評価値が相対的に小さい集束位置の集束レンズ条件を選択することを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項２】
請求項１において、
前記集束レンズによる荷電粒子ビームの集束位置の変化の範囲は、荷電粒子ビームの所定の分解能を維持する範囲に設定されることを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項３】
請求項１において、
所定の走査線単位で前記像揺れ量あるいは像ずれ量の評価値を求めることを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項４】
請求項３において、
前記所定の走査線単位で、前記集束レンズ条件を選択することを特徴とする荷電粒子線装置の調整方法。
【請求項５】
荷電粒子源と、当該荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームをＸ方向及びＹ方向に偏向する走査偏向器と、当該荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを集束する対物レンズと、当該荷電粒子源と対物レンズとの間に配置されると共に前記荷電粒子ビームを集束する集束レンズと、当該集束レンズを制御する制御装置を備えた荷電粒子線装置において、
当該制御装置は、当該集束レンズによる荷電粒子ビームの集束位置を変化させると共に、当該集束位置を変化させる過程で検出される荷電粒子に基づいて、異なる複数の集束位置における検出信号を取得し、当該検出信号に基づいて形成される波形信号、或いは画像の前記Ｘ方向、或いは前記Ｘ方向及びＹ方向への像揺れ量、或いは像ずれ量を算出し、当該像揺れ量或いは像ずれ量の評価値が相対的に小さい集束位置の集束レンズ条件を選択することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記集束レンズによる荷電粒子ビームの集束位置の変化の範囲は、荷電粒子ビームの所定の分解能を維持する範囲に設定されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項５において、
前記制御装置は、所定の走査線単位で前記像揺れ量あるいは像ずれ量の評価値を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項７において、
前記制御装置は、前記所定の走査線単位で、前記集束レンズ条件を選択することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置の調整方法に係り、特に浮遊磁場等の影響を抑制しつつ、ビーム走査を行うことが可能な荷電粒子線装置及び荷電粒子線装置の調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scannig Electron Microscope）は、電子ビームを偏向器によって試料面上を走査し、試料から発生した二次電子等を検出して、試料の形状や特徴等の画像、或いはラインプロファイルと呼ばれる波形信号を生成する装置である。走査電子顕微鏡は、像の取得時に、振動，騒音や浮遊磁場等の外乱が加わると像揺れ等の像障害を引き起こす。一例として、デバイス等のパターンの長さを測定する走査電子顕微鏡（ＣＤ−ＳＥＭ：Critical Dimension-Scannig Electron Microscope）においては、外乱の発生具合により、パターンの測定値が異なってしまうと、測定値の再現性が悪くなる。そのため、外乱による像障害を低減することが重要となっており、数々の手段が用いられている。
【０００３】
具体的には、振動に対しては、除振台の上に電子顕微鏡を設置することで、床から伝わる振動の影響を低減させる手法が知られている。騒音に対しては、特許文献１に説明されているように、外部の騒音と逆位相の音を発生させて、騒音の影響を低減させる手法がある。浮遊磁場に対しては、特許文献２に説明されているように、磁場シールド材で走査電子顕微鏡を覆うことや、特許文献３に説明されているように、外部磁界をキャンセルするための磁界を発生する手法が知られている。
【０００４】
また、他にも像揺れを低減するために、特許文献４に説明されているようなビームの副走査の周期を外乱成分の整数倍とする手法や、像ドリフトを抑制するために、特許文献５に説明されているように、積算されるフレーム間で位置を補正して画像積算する手法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−１４８２３５号公報
【特許文献２】特開２００１−１４３９９９号公報
【特許文献３】特開昭５８−２１４２５６号公報
【特許文献４】特開平１１−１５４４８１号公報
【特許文献５】ＷＯ０３／０４４８２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記各引用文献に説明された技術は、外乱を低減し、像取得時の像障害を防ぐのに有効である。しかしながら、除去することのできる外乱の大きさには、限界があるため、常時または一時的に限界を超える外乱が発生した場合、外乱の影響は低減されるものの完全には除去できず、像障害が発生する。加えて、上記技術では、外乱を低減させるための外部装置が必要であり、電子顕微鏡のシステム構成が複雑となる可能性がある。この結果、メンテナンス性が低下する可能性がある。
【０００７】
より具体的には、磁気シールドを採用する場合、外乱抑制のためには、その厚みを増加させる必要があり、装置の大型化やメンテナンス性の低下が懸念される。また、磁界の発生，画像積算時の位置合わせ、或いは走査線の周期の調整によって、外乱を相殺，抑制する手法によっても、ある程度の外乱抑制を行うことができるが、浮遊磁場等の影響を直接的に低減しているわけではなく、他の磁界の発生や画像処理等によって、恰もビームに対する浮遊磁場等の影響がないような処理を行っているだけであるため、浮遊磁場への根本的な対策となっているわけではない。
【０００８】
以下に、荷電粒子線装置の光学条件の調整によって、ビームに対する浮遊磁場の直接的な影響を抑制することを目的とする荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法について説明する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための一態様として、荷電粒子源と対物レンズの間に、荷電粒子ビームの集束位置を調整する集束レンズを備えた荷電粒子線装置において、当該集束レンズによる荷電粒子ビームの集束位置を変化させると共に、当該集束位置を変化させる過程で検出される荷電粒子に基づいて、異なる複数の集束位置における検出信号を取得し、像揺れ量或いは像ずれ量の評価値が相対的に小さい集束位置の集束レンズ条件を選択する荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法を提案する。
【発明の効果】
【００１０】
上記構成によれば、浮遊磁場のビームへの影響を抑制し得る光学条件の設定が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】走査電子顕微鏡の概略説明図。
【図２】光学条件調整工程を示すフローチャート。
【図３】レンズの励磁電流値と分解能の関係を示す図。
【図４】レンズの励磁電流値と像揺れ量の関係を示す図。
【図５】像揺れ量が大きいときに形成されるラインプロファイルと、像揺れ量が小さいときに形成されるラインプロファイルとの違いを説明する図。
【図６】設定した励磁電流値と像揺れ量の関係を示す図。
【図７】設定した励磁電流値と像揺れ量の関係を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、主に複雑な外部装置を使用することなく、常時または一時的に発生した浮遊磁場により引き起こされた像揺れを画像取得中に検出し、当該検出に基づいて、各光学要素を調整することで、浮遊磁場による像揺れを低減する荷電粒子線装置、及び荷電粒子線装置の調整方法について説明する。
【００１３】
より具体的には、荷電粒子ビームのクロスオーバ位置（集束位置）によって、浮遊磁場が荷電粒子ビームに与える影響が異なることを利用して、浮遊磁場によって発生した像揺れを検出し、各光学要素を調整することで、浮遊磁場による像揺れを低減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、以下の実施例では、荷電粒子線装置の１種である走査電子顕微鏡を例に採って説明するが、走査電子顕微鏡だけではなく、浮遊磁場の影響が懸念される他の荷電粒子線装置（集束イオンビーム装置など）への適用も可能である。
【００１４】
具体的な効果の一例として、上述のような手法をＣＤ−ＳＥＭに適用することによって、画像、或いはラインプロファイルの取得中に、浮遊磁場による像揺れを低減することができ、デバイスのパターン等の測定値の再現性の劣化を防ぐことができる。
【００１５】
以下に浮遊磁場により引き起こされた像揺れを画像取得中に検出し、浮遊磁場による像揺れを低減することが可能な走査電子顕微鏡について、図面を用いて説明する。
【００１６】
図１は、走査電子顕微鏡の構成を概略的に示す図である。図１において、この走査電子顕微鏡は、電子源１，アノード電極２，第１集束レンズ４，非点補正レンズ５，絞り６，第２集束レンズ７，走査偏向コイル８，対物レンズ９，シンチレータ１２，光電子増倍管１３，電子顕微鏡制御装置１４を備えている。
【００１７】
以下、図１を用いて像の取得中に浮遊磁場により引き起こされた像揺れを検出し、浮遊磁場による像揺れを低減する走査電子顕微鏡の光学系と、その動作を説明する。
【００１８】
電子源１とアノード電極２間に引出電圧を印加すると、電子源１から電子ビーム３が直線光軸に沿って放出される。電子ビーム３は数十mradまで広がった電子ビーム３ａを持っており、第１集束レンズ４，第２集束レンズ７で結像したあと、さらに対物レンズ９で縮小して、試料１０の表面に微小なクロスオーバを形成する。
【００１９】
この時、電子ビーム３の開き角あるいは電子ビーム電流量は、第１集束レンズ４と対物レンズ９の間に設置した絞り６で制限される。さらにこの電子ビーム３は走査偏向コイル８によって試料１０上をＸ，Ｙ方向の二次元を走査される。
【００２０】
試料１０より放出された電子１１（二次電子、および／または反射電子）は対物レンズ９のレンズ作用を受けながら上昇する。上昇した電子１１は正の高電圧を印加したシンチレータ１２に衝突して光を発し、光電子増倍管１３によって電気信号に変換され増幅した後、走査電子顕微鏡像（ＳＥＭ像）として観察できる。この時、像観察時の非点収差の補正は、非点補正レンズ５を用いる。
【００２１】
また、図１で説明する実施例では、試料から放出された電子を直接検出器で検出する手法を採用しているが、これに限られることなく、例えば、一旦変換電極等で新たな二次電子に変換して、それを検出器で検出する手法としても良い。また、集束レンズは、２つとしているが、これに限られることなく、３つ以上備えていてもよい。
【００２２】
図１で説明する走査電子顕微鏡の各光学要素は、光学系制御装置１５に接続されており、この光学系制御装置１５によって各光学要素への印加電圧，励磁電流が調整される。また画像処理装置１６は、得られたＳＥＭ像に現れた浮遊磁場による像揺れを検出できる機能を有している。更に、光学系制御装置１５と画像処理装置１６は、電子顕微鏡制御装置１４に接続されており、この電子顕微鏡制御装置１４によって全ての調整は自動で行われる。
【００２３】
次に図２に示すフローチャートをもとに、浮遊磁場による像揺れを検出し、浮遊磁場による像揺れを低減したＳＥＭ像を生成する方法について説明する。まず、ステップ１００では光学系制御装置１５により、この走査電子顕微鏡の構成において、初期値として予め設定してある励磁電流値（Ｉ0）を集束レンズに印加して、電子ビームを走査偏向コイルにて、一次元方向（ここでは、Ｘ方向とする）の一ラインを走査し、一ライン分の検出信号を取得する。次にステップ１０１において、光学系制御装置１５による制御によって、集束レンズの励磁電流値（電子ビームのクロスオーバ位置）をＩ1およびＩ2に設定して、再度同一ラインの検出信号を取得する。検出信号は、ラインプロファイルのような波形信号であっても良いし、画像信号のような二次元的な情報であっても良い。
【００２４】
Ｉ1およびＩ2の値は、以下のように求めた値である。励磁電流値を変化させると、図３に示すように、分解能が変化するため、予め、ＳＥＭ像の取得が可能な分解能となる範囲（焦点深度の範囲）の励磁電流値（ＩmaxおよびＩmin）を求めておく。焦点深度の範囲は、光学倍率と画素分解能の関係により、決定されるが、任意に設定してもよい。ただし、画素分解能よりも小さくする。Ｉ1は、図３に示すように、初期値（Ｉ0）とＩmaxの中間値とする。同様に、Ｉ2は、初期値（Ｉ0）とＩminの中間値とする。なお、変化させることのできる励磁電流値の範囲は、この焦点深度の範囲内とする。
【００２５】
浮遊磁場がある場合、クロスオーバ位置と加わった浮遊磁場の位置関係により、例えば、図４に示すように、像揺れ量が変化する。浮遊磁場が、走査電子顕微鏡のどの位置から加わったかは、わからないことが多いため、第１集束レンズ，第２集束レンズのどちらか一方、または両方変化させて、自動でＳＥＭ像を取得する。このとき、電子ビーム電流量は一定量となるように、アノード電極２にて調整される。また、（Ｓ１００）と同じ場所のＳＥＭ像を取得する際の電子ビームの走査方向は、（Ｓ１００）で走査した方向と同じ方向でも、逆の方向でもよい。また、再度、集束レンズの電流値をＩ1からＩ2の間で変化させて、いくつかの条件での検出信号を取得してもよい。
【００２６】
なお、本実施例では所定範囲の中で、励磁電流を調整する例について説明したが、これに限られることはなく、例えば静電レンズの場合は、当該静電レンズに印加される印加電圧がレンズ強度を表す指標となる。また、励磁電流，印加電圧以外にレンズ強度を示す指標を設けて、その値を基準に調整を行うようにしても良い。次にステップ１０２において、画像処理装置１６にて、予め登録されているテンプレートとのマッチングを行うか、図５に示すように、得られたＳＥＭ像のラインプロファイルを作成し、ラインプロファイルの傾き等の比較や、波形マッチングを行うことによって、像揺れ量を求める。像揺れ量は、例えば基準となるテンプレートと検出信号との位置ずれ量であり、当該位置ずれ量は既知のパターンマッチング技術にて検出することができる。なお、像ずれ量は画素数やラインプロファイルのピーク位置のずれで表すようにしても良いし、当該画素数やずれ量を他の評価値で表現するようにしても良い。評価値の一例としては、ずれ量の程度に応じてランク付けを行い、当該ランクを図４の縦軸の変数とすること等が考えられる。
【００２７】
このようにして求められた像揺れ量と、励磁電流値との関係を求め、複数の励磁電流値と像揺れ量の関係を、関数式を用いた近似を行う。
【００２８】
次にステップ１０３において、ステップ１０２にて求められた関係式に基づいて、像揺れ量が最小となる極小点があるかを判定する。この場合、複数の像ずれ量の内、他の像ずれ量と比較して、相対的に小さい像ずれ量となる励磁電流値が選択されるが、例えば像ずれ量に関し、所定の閾値を設けておき、この閾値を下回った励磁電流値を選択するようにしても良い。
【００２９】
図６に示すように、極小点がある場合は、ステップ１０５に移行する。図７に示すように、極小点がなく、Ｉ1またはＩ2において、最小となる場合は、ステップ１０４に移行する。
【００３０】
ステップ１０４にて、像揺れ量がＩ1で最小になった場合は励磁電流値をＩmaxに、同様に、Ｉ2で最小になった場合はＩminに設定して、検出信号を取得し、ステップ１０２と同じ要領で、像揺れ量が最小となる励磁電流値を算出する。検出信号を取得する励磁電流値は、Ｉmax，Ｉminに限らず、Ｉ1からＩmax、ＩminからＩ2の間の値にしてもよい。
【００３１】
ステップ１０３〜１０５で求めた像揺れ量が最小となるように各光学要素を調整して、再度、同一ラインを走査し、像揺れが低減されたＳＥＭ像を生成する。この場合、改めてオートフォーカスを行うようにするようにしても良い。
【００３２】
なお、ステップ１０６にて、Ｙ方向に一ライン分移動し、その上でステップ１０１〜１０５を実行すると共に、この工程を繰り返して、像揺れが低減された二次元平面のＳＥＭ像を生成するようにしても良い。これにより、一時的に発生した浮遊磁場による像揺れも、補正することができる。なお、複数ライン単位でずれを評価するようにしても良い。
【００３３】
本実施例では、像揺れを低減した励磁電流値を求めてから、ＳＥＭ像を生成させる例について主に説明をしたが、ステップ１０１において、励磁電流値をある一定の間隔で変化させて、ＳＥＭ像を取得した後に、一ライン毎に浮遊磁場の影響が低減されたＳＥＭ像を選択し、二次元平面のＳＥＭ像を生成してもよい。
【００３４】
以上で、浮遊磁場による像揺れを低減したＳＥＭ像の自動生成は完了となる。
【符号の説明】
【００３５】
１  電子源
２  アノード電極
３  電子ビーム
３ａ  広がった電子ビーム
４  第１集束レンズ
５  非点補正レンズ
６  絞り
７  第２集束レンズ
８  走査偏向コイル
９  対物レンズ
１０  試料
１１  二次電子
１２  シンチレータ
１３  光電子増倍管
１４  電子顕微鏡制御装置
１５  光学系制御装置
１６  画像処理装置
【図１】
0005581068.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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