(57)【要約】      （修正有）【課題】鏡体を基準としたステージ位置の検出を行うことによる検出の高精度化と、位置検出装置の調整の容易化の両立が可能なステージ装置を実現する。【解決手段】試料に荷電粒子ビームを照射するための鏡体２７、真空試料室２、鏡体に対し試料を移動させる移動テーブル５、及び移動テーブル５の位置を検出する位置検出器１８を備えたステージ装置３であって、鏡体２７と真空試料室２との間に、移動テーブル５と同じ方向の移動を制限する開口が設けられた取り付け部材を備え、取り付け部材に移動テーブル５の位置を検出する位置検出器１８の参照鏡を設置し、参照鏡はレーザビーム３４に対する相対角を調整する調整装置を備えている。【選択図】図２
2014035962.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に荷電粒子ビームを照射するための鏡体と、当該鏡体が取り付けられる真空試料室と、当該真空試料室内に設けられ、前記鏡体に対し前記試料を少なくとも前記荷電粒子ビームの照射方向に対し垂直な方向に移動させる移動テーブルと、当該移動テーブルの位置を検出する位置検出器を備えたステージ装置において、
前記鏡体と真空試料室との間に、前記鏡体の前記移動テーブルと同じ方向の移動を制限する開口が設けられた取り付け部材を備え、前記位置検出器は、前記移動テーブルに設置される測定鏡と、当該測定鏡にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、当該レーザ光源と前記測定鏡との間に配置され、前記レーザビームを分離するビームスプリッタと、前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記ビームスプリッタによって分離されたレーザビームを受光する参照鏡を有し、当該参照鏡は前記レーザビームに対する相対角を調整する調整装置を備えていることを特徴とするステージ装置。
【請求項２】
請求項１において、
前記参照鏡は前記レーザビームに対する相対角を調整する調整装置が設けられていることを特徴とするステージ装置。
【請求項３】
請求項２において、
前記調整装置は、前記参照鏡を前記取り付け部材に固定する固定部材と、当該固定部材と前記参照鏡との間に配置されるばね部材と、前記参照鏡の姿勢を調整する複数の調整ボルトを備えたことを特徴とするステージ装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記真空試料室の天板には、前記レーザビームの照射軌道、及び前記参照鏡が含まれる切り欠きが設けられていることを特徴とするステージ装置。
【請求項５】
請求項１において、
前記取り付け部材は円環状であることを特徴とするステージ装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記円環状の取り付け部材には第１の参照鏡と、当該第１の参照鏡から見て前記取り付け部材の中心に対して反対側に第２の参照鏡が取り付けられていることを特徴とするステージ装置。
【請求項７】
請求項１において、
前記ステージ装置を備えた荷電粒子線装置。
【請求項８】
試料に荷電粒子ビームを照射するための鏡体と、当該鏡体が取り付けられる真空試料室と、当該真空試料室内に設けられ、前記鏡体に対し前記試料を移動させる移動テーブルと、当該移動テーブルの位置を検出する位置検出器を備えたステージ装置において、
前記位置検出器は、前記移動テーブルに設置される測定鏡と、前記鏡体の移動に追従する参照鏡と、前記測定鏡及び参照鏡にレーザビームを照射するレーザ光源と、当該レーザ光源から照射されるレーザビームを少なくとも３つに分離する少なくとも２つのビームスプリッタを備え、３つに分離されたレーザビームのうち、第１のレーザビームを前記測定鏡に照射し、第２及び第３のレーザビームを前記参照鏡の異なる高さ位置に照射するように、前記位置検出器を配置したことを特徴とするステージ装置。
【請求項９】
請求項１において、
前記ステージ装置を備えた荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステージ装置及び当該ステージ装置を備えた荷電粒子線装置に係り、特に、ステージの位置を特定するためのステージ位置特定装置を備えたステージ装置、及び荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造分野において、半導体ウェハ上に形成したパターンの形状寸法が正しいか否かを検査・評価するために、測長機能を備えた走査型電子顕微鏡が用いられている。この走査型電子顕微鏡では、ウェハ上に電子線を照射し、得られた二次電子信号を画像処理し、その明暗の変化からパターンのエッジを判別して寸法を導き出している。近年の半導体素子の微細化に伴い、例えば、３５ｎｍノードのデザインルールに対応させるためには、３０万倍以上の観察倍率において、よりノイズの少ない二次電子像を得ることが重要な課題となっている。また、像を何枚も重ね合わせてコントラストを向上させるため、ウェハを搭載保持しているステージは、ナノメートルオーダの振動やドリフト（時間経過と共に停止位置がずれていく現象）を抑える必要がある。
この装置は、ウェハを保持して所望の位置に移動するステージ、ステージの位置を計測する計測手段、電子線をウェハに照射する光学系（鏡筒）、ステージの位置決めや電子線の照射を制御する制御部で構成される。検査精度を向上させるためには、上述の振動やドリフトを小さくするか、あるいはこれらの現象が発生してもその影響を受けにくいウェハ位置の計測技術や電子線の照射制御技術が重要となる。
上記の高精度な検査精度を必要とする装置等では、移動ステージに測定光としての移動鏡を搭載し、鏡体（カラム）あるいは鏡体近傍に参照光用としての平面鏡を構成させたレーザ差動測長方式が提案されてきた。これにより、カラムの振動や、カラムあるいはカラムが実装される近傍の天板の温度変化に起因ずるドリフトの影響を低減しようとするものである。
特許文献１、２には、ステージ位置を検出する位置検出装置が開示されている。このうち、特許文献１には、感光基板を載置して２次元移動するステージとパターンを有するマスクを載置して２次元移動するマスクステージとを有し、マスク上に形成されたパターンをマスクステージ及び基板ステージを逐次移動しながら投影光学系を介して感光基板に転写する露光装置が開示されている。特許文献１に開示された位置検出装置は、ステージに設けられた移動鏡と、投影光学系の外側にあって、熱膨張の方向が移動鏡と計測される軸と交わる（すなわち直交方向）に参照鏡を備え、この移動鏡と参照鏡に光ビームを照射し、各々から発生した光ビームの干渉光を検出する干渉計を備えている。参照鏡を熱膨張の方向が光学系の光軸に垂直な平面で測定鏡による測定光と交わる方向に設けたので、温度変化によって参照鏡を固定している部分（例えば鏡筒あるいはコラム）が移動しても測定方向での相対位置が変化しないで計測される。
また、特許文献２には、マスクに形成された回路パターンを転写する投影露光装置や電子線を用いてマスクに回路パターンを形成する電子線描画装置等の製造装置が開示されている。この製造装置は、回路パターンを形成するための鏡体と、試料を載置して移動するステージと、ステージ上に固定された移動鏡と、鏡体と別体の基準部材に取り付けられた参照鏡を備えている。移動鏡と参照鏡に各々レーザ光を照射して、移動鏡からの反射光と参照鏡からの反射光を干渉計と、基準部材と鏡体との間の距離を計測する鏡体計測手段とを有し、干渉計から得られるステージ位置情報に対して、鏡体計測手段の情報を基に補正を行うようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１５３０９２号公報
【特許文献２】特開２００７−６７２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に開示されている位置検出装置を構成する参照鏡１９Ａと１９Ｂは、鏡体４の外周に備えられ、該鏡体は中央部にフランジが設けられ、コラム３の中段部３Ｂに支持されている。このように鏡体に取り付けることによってレーザ干渉計に対する鏡体の位置を正確に把握することができるが、参照鏡の取り付け角の調整等を行うことが極めて困難である。特に、真空試料室を備えた荷電粒子線装置に適用する場合、真空試料室は非常に限られた空間であるため、鏡体が配置された状態で参照鏡の反射角等を調整することが難しい。更に、高分解能の走査電子顕微鏡の場合、対物レンズと試料との間の距離（ワーキングディスタンス）が非常に短く、鏡の角度や位置の調整がより困難となる。
特許文献２には、試料室の天板内壁に基準部材を取り付け、当該基準部材に参照鏡を設置する例が説明されている。しかしながら、基準部材は試料室の内壁に取り付けられており、ステージを設置した場合、ステージと内壁との間の空間が非常に狭いため、調整が困難である。
以下に、鏡体を基準としたステージ位置の検出を行うことによる検出の高精度化と、位置検出装置の調整の容易化の両立の実現を目的とするステージ装置、及び荷電粒子線装置を提案する。また、鏡体の傾斜状態によらず適正なステージ位置検出を行うことを目的とするステージ装置及び荷電粒子線装置を提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するための一態様として、試料に荷電粒子ビームを照射するための鏡体と、当該鏡体が取り付けられる真空試料室と、当該真空試料室内に設けられ、前記鏡体に対し前記試料を少なくとも前記荷電粒子ビームの照射方向に対し垂直な方向に移動させる移動テーブルと、当該移動テーブルの位置を検出する位置検出器を備えたステージ装置、或いは荷電粒子線装置であって、前記鏡体と真空試料室との間に、前記鏡体の前記移動テーブルと同じ方向の移動を制限する開口が設けられた取り付け部材を備え、前記位置検出器は、前記移動テーブルに設置される測定鏡と、当該測定鏡にレーザビームを照射するためのレーザ光源と、当該レーザ光源と前記測定鏡との間に配置され、前記レーザビームを分離するビームスプリッタと、前記取り付け部材に取り付けられると共に、前記ビームスプリッタによって分離されたレーザビームを受光する参照鏡を有し、当該参照鏡は前記レーザビームに対する相対角を調整する調整装置を備えているステージ装置、或いは荷電粒子線装置を提案する。
また、上記目的を達成するための他の態様として、試料に荷電粒子ビームを照射するための鏡体と、当該鏡体が取り付けられる真空試料室と、当該真空試料室内に設けられ、前記鏡体に対し前記試料を移動させる移動テーブルと、当該移動テーブルの位置を検出する位置検出器を備えたステージ装置、或いは荷電粒子線装置であって、前記位置検出器は、前記移動テーブルに設置される測定鏡と、前記鏡体の移動に追従する参照鏡と、前記測定鏡及び参照鏡にレーザビームを照射するレーザ光源と、当該レーザ光源から照射されるレーザビームを少なくとも３つに分離する少なくとも２つのビームスプリッタを備え、３つに分離されたレーザビームのうち、第１のレーザビームを前記測定鏡に照射し、第２及び第３のレーザビームを前記参照鏡の異なる高さ位置に照射するように、前記位置検出器を配置したステージ装置、及び荷電粒子線装置を提案する。
【発明の効果】
【０００６】
上記構成によれば、鏡体を基準としたステージ位置の検出を行うことによる検出の高精度化と、位置検出装置の調整の容易化の両立を実現することができる。また、鏡体の傾斜状態によらず適正なステージ位置検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】電子線顕微鏡装置の全体構成を示す図である。
【図２】電子線顕微鏡装置の全体構成図で試料室天板を基準としてＸテーブル位置を測長する方法を示す図である。
【図３】参照鏡の構成と参照鏡の据え付け方法を摸式的に示した斜視図である
【図４】試料室にアタッチメント５０、参照光部品４１と４２の据え付け方法を摸式的に示した斜視図である。
【図５】参照鏡の構成と参照鏡の据え付け方法に関する本発明の他実施例を摸式的に示した斜視図である
【図６】本発明の他実施例である天板の切り欠きを摸式的に示した図である。
【図７】鏡筒の傾斜の影響を示したものである。
【図８】鏡筒の傾斜を計測する本発明の他実施例について示したものである。
【図９】鏡筒が回転した場合を例に各部位の座標位置の変化を示したものである。
【図１０】鏡筒基準のステージ位置測長と鏡筒の傾斜を計測する本発明の他実施例を示す図である。
【図１１】試料室の片側からのみで鏡筒基準のステージ位置測長と鏡筒の傾斜を計測する本発明の他実施例を示したものである。
【図１２】本発明でのＳＥＭ画像の補正の考えかたを説明するためのデータ例を示す
【図１３】鏡筒を基準としたテーブル位置とＳＥＭ画像の補正データを示した図である。
【図１４】被検査試料のウェハパターンを摸式的に示したものである。
【図１５】ＳＥＭ装置でウェハパターンの画像を取得した例を摸式的に示したものである。
【図１６】ＳＥＭ画像を補正した例を摸式的に示したものである。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
電子顕微鏡に代表される荷電粒子線装置では、鏡体底面と被検査体であるウェハ表面間の距離（ワークデタンス）が短い。また、レーザ差動測長方式を用いたステージの位置検出を行う場合、荷電粒子光学系（鏡体）に極めて近接した位置に参照光用の平面鏡を設置する必要がある。高精度な測長を実現するためには、平面鏡の調整は必須であるが、ワーキングディスタンスが短い装置ではその調整が難しい。また、平面鏡を実装するための空間を確保しなければならない。この空間を確保しようとすると、試料室の天板を高くし、高い位置でカラムを支えることになる。これは、試料室が大型化してコスト高になるだけでなく、高い位置でカラムを支えることになり、カラムの倒れにより、電子線の照射位置がずれる要因が大きくなってしまう。
以下に説明する実施例では、上記課題に鑑み、鏡体近傍に参照光用としての平面鏡を構成させたレーザ差動測長方式と鏡体の傾斜の影響を受けずに高精度なステージ位置測長と像揺れ画像の補正を可能とするステージ位置決め制御装置、当該制御装置を備えたステージ装置、及び荷電粒子線装置について説明する。
本実施例では、例えば試料に電子線を照射するための鏡体と、該鏡体が搭載される真空試料室内に案内機構を備えたベースと、試料が搭載され前記案内機構に沿って移動するテーブルと、前記テーブルを駆動する駆動機構と、前記テーブルの位置を測定する位置検出器により構成されるステージを備えたステージ位置決め制御装置であって、試料室の天板に配備される円環状のアタッチメント（取り付け部材）と、該アタッチメントの底部に参照鏡を備えた参照鏡部材を構成すると共に前記ステージに測定鏡を設置し、該参照鏡にレーザビームを照射して得られる参照光と測定鏡に照射して得られる測定光の干渉から得られるステージ位置情報から、ステージの位置決め制御を行うステージ位置決め制御装置を提案する。鏡体を基準としたステージ位置の測長が可能なので、鏡体の温度変化によるドリフトや水平方向の振動があってもその影響を小さく、高精度のステージ位置計測が可能となる。更に、アタッチメントには鏡体を挿入可能で且つ実質的に隙間がないように、鏡体を嵌合するための開口が設けられている。この開口によって鏡体のＸ−Ｙ方向への移動を制限することができ、且つアタッチメントは鏡体の振動等に直接的に追従するため、高精度な位置測定を行うことが可能となる。また、真空試料室の天板にアタッチメントのＸ−Ｙ方向の移動を制限する嵌合可能な開口を設けておき、アタッチメントには、当該開口から下方への移動を制限するフランジを備えておく。アタッチメントを着脱可能に形成することによって、参照鏡の調整を真空試料室から取り出して行うこともできる。更に、アタッチメントの開口に向かって調整用の調整つまみを設けておくことによって、真空試料室に参照鏡を取り付けた状態でも参照鏡の調整を行うことが容易に実現できる。
ワーキングディスタンスの短い高分解能の電子顕微鏡等では、参照鏡を設置できる空間が非常に限られているため、参照鏡の調整を精度良く行う目的にとって非常に有効な手法であると言える。
また、調整機能を備えた参照鏡は、参照光部材が、ホルダーに固定される平面鏡と、該ホルダーと支持プレート間に配置された複数の圧縮ばねと、該圧縮ばねを押圧するように支持ホルダーの外側から前記ホルダーに係合した複数のボルトで構成し、アタッチメントに参照光部材を配備した後、参照光に対する平面鏡の角度を複数のボルトを操作して自在に調整可能とすることが望ましい。このような参照鏡の構成によれば、限られた空間内での平面鏡の角度や位置調整を高精度に行うことが可能となる。
また、真空試料室の天板に、前記参照光の通過軌道及び参照光部材が納まる切り欠きを設け、該参照鏡にレーザビームを照射して得られる参照光と測定鏡に照射して得られる測定光の干渉から得られるステージ位置情報から、ステージ位置決めを行うようにすると良い。これによって、試料室の高さが下げられて小型化を達成できコスト低減につながる。また、試料室の高さを下げることによって、試料室の天板に配備する鏡体の取り付け位置と被検査試料であるウェハ表面間の距離を小さくできる。これによって、鏡体の傾斜による電子線の照射位置がずれを小さくすることが可能となる。
更に本実施例では、参照光部材の配置位置と１８０度反対側（鏡体のビーム軌道を中心とした反対位置）に位置する部分に前記アタッチメント底部に参照光部材を別に配置し、参照光部材の参照鏡の上部に参照光、また下部に測定光を照射し、両者光の差動距離から鏡筒の傾斜を計測するレーザ干渉計を配置する例についても説明する。この構成により、鏡筒を基準としたステージ位置の測長と、鏡筒の傾斜計測を同時に実施することが可能となる。鏡体を基準としたステージ位置の測長と鏡筒の傾斜を各々独立して計測できるので、ステージ位置決め制御時の振動現象を切り分けて把握できるようになる。
【０００９】
また、以下に説明する実施例では、入射されるレーザビームを複数から成るビームスプリッタとベンダーにより３本のビームに分岐させ、このうち、１本のレーザビームを前記参照光部材の参照鏡の上部に照射し、もう１本のレーザビームを前記参照光部材の参照鏡の下部に照射すると共に、残りの１本のビームをステージに搭載された測定（移動）鏡に照射し、参照光部材の参照鏡の下部に照射して反射されるビームを２分岐した反射ビームとステージ上の測定鏡に照射して得られる反射ビームの干渉から鏡筒位置を基準としたステージ位置情報を測長すると共に、参照光部材の参照鏡の上部に照射して得られる反射ビームと参照光部材の参照鏡の下部に照射して反射されるビームを２分岐した他の反射ビームとを差動干渉して鏡筒の傾斜を計測する例についても説明する。この構成により、試料室の片側の側面のみの光学系で、鏡筒を基準としたステージ位置の測長と、鏡筒の傾斜計測を同時に実施することが可能となる。
本実施例にて説明する構成によれば、例えば半導体製造分野で用いられる電子顕微鏡装置の試料ステージで要求されるような高いレベルでのステージ位置の測長を可能とすることができる。
【００１０】
以下、図１ないし図１４を参照してステージ位置決め制御装置、当該制御装置を備えたステージ装置、及び荷電粒子線装置について説明する。最初に、荷電粒子線装置の一種である電子線顕微鏡装置の全体構成およびウェハパターンの評価方法の概要について説明する。図１は、電子線顕微鏡装置の全体構成を示す図である。ここでは、試料ステージを搭載した電子線顕微鏡装置が例示されている。図１において、真空ポンプ１により真空排気可能な試料室２の内部には、試料ステージ３が搭載されている。試料ステージ３は、ベース４、Ｘテーブル５、Ｙテーブル６などから構成される。Ｘテーブル５は、ベース４上にある案内機構としてのＸ滑り案内部材７（及び図示しない部材８）により拘束され、一方向（図１の矢印で示す方向：Ｘ方向とする）に移動が可能となっている。また、Ｘテーブル５は、駆動機構としてのＸボールネジ９の回転によって直線運動を行うＸロッド１０により押し引きされるが、Ｘロッド１０の先端はＸテーブル５と図示しない部品で結合されている。Ｘボールネジ９は、真空シールを施したシャフト１１に結合され、モータ１２により回転が可能である。また、Ｘテーブル５上には、Ｘ滑り案内部材７（及び８）と直角に交差したＹ滑り案内部材１３が同様に構成され、Ｙテーブル６はＹ滑り案内部材１３に沿って一方向（図１の奥側・手前側方向：Ｙ方向とする）に移動する。Ｙテーブル６とＹロッド（図示せず）で結合されている。一方、Ｙテーブル６上には、試料ホルダー１５が搭載されており、試料ホルダー１５上にはウェハ１６が固定されている。
また、Ｙテーブル６上には、ステージ位置制御用にバーミラー１７が取り付けられている。１８はレーザ干渉測長制御部である。レーザ干渉測長制御部１８から照射されるレーザビームは、干渉計１９を介してバーミラー１７に照射され、バーミラー１７からの反射ビームは干渉計１９に再度入射される。干渉計１９内では、先にレーザ干渉測長制御部１８から照射された際に偏光ビームスプリッタ（図示せず）で分岐されレーザビーム（参照光）を生成する。この参照光が参照ミラー（図示せず）から反射されたレーザビームとバーミラー１７から反射されたレーザビームとを重ね合わせて干渉させたビート信号をレシーバ（図示せず）で受光する。受光されたビート信号は、レーザ干渉測長制御部１８に伝達され、レーザ干渉測長器１８内部の参照ミラーの位置を基準としたバーミラー１６の位置すなわちＸテーブル５の位置情報に変換される。
制御装置２０は、レーザ干渉測長制御部１８によって測定された試料ステージ３の位置に基づいてモータ１２を制御してＸ方向のステージ位置制御を行う。なお、図１において、Ｘ方向のステージ位置制御用バーミラー１７、位置検出器１８、およびＸ方向駆動用モータ１２のみを示しているが、Ｙ方向にも同様のバーミラー、レーザ干渉測長制御部、およびＸ方向駆動用モータを備えてＹ方向のステージ位置制御を行う。なお、位置決め制御装置２０は、レーザ干渉測長制御部１８と協働して「位置決め制御手段」として機能し、具体的には、内蔵のメモリに記録されたプログラムを読み出し、所望の手順を逐次実行する主制御部、モータ駆動制御部、および後述の制動機構を制御する制動制御部等で構成される装置である。
一方、試料室２の上部には、電子線源となる電子銃２１、電子線２２の軌道を変える偏向器２３、電子線２２を収束させる電子レンズ２４、ウェハ１６から放射される二次電子２５を取り込むための二次電子検出器２６などが組み込まれた鏡筒２７を搭載している。二次電子検出器２６の信号は、制御部２８により信号処理され、観察用のモニター２９に送られる。電子線２２（電子ビーム）はステージの移動方向（Ｘ−Ｙ方向）に対し、垂直な方向（Ｚ方向）から照射される。
ここで、上述したような電子顕微鏡の動作は、通常、ウェハのパターン形状の評価方法として、所望のパターンがチップ内のどの位置にあるか、あるいは１枚のウェハに対して配列されたどのチップのパターンを評価するか、のそれぞれについて座標を用いて予め登録しておく。評価時、制御装置２０は、登録された内容に基づき、自動的にその座標位置まで試料ステージを移動した後、電子線２２をウェハ１６上に照射し、偏向器２３で走査して数万倍から数十万倍の二次電子像を取得し、モニター２９上に表示する。そして、この二次電子像の明暗の変化からパターンの形状を判別し、指定した形状（パターン線幅やピッチ等）の寸法値を算出する。その後、次に登録されたチップの座標位置に移動し、同様に画像取得を繰り返しウェハのパターンの形状評価を行う。
図２は、図１に示す干渉計１９内に装備した参照ミラーを基準としてステージのＸテーブル位置を測長しているのに対し、鏡筒２７近傍の試料室天板を基準としてＸテーブル位置を測長する方法を示したものである。図２において、図１と同じ部品については同一番号で示している。３３は平面鏡である。レーザ干渉測長制御部１８から照射されるレーザビームは、ビームスプリッタ３１を介して２分岐され、一方のビームはバーミラー１７に照射され、他方のビームはビームベンダー３２で曲げられ平面鏡（参照鏡）３３に照射される。各々で反射される測定ビーム３４と参照ビーム３５は、上述同様に互いに重ね合わせてレシーバ（図示せず）で受光する。受光されたビート信号は、レーザ干渉測長制御部１８に伝達され、参照ミラー３５を基準としたバーミラー１６位置すなわちＸテーブル５位置情報に変換される。
次に、図３および図１４を用いて、電子顕微鏡装置における試料ステージの位置決め制御方法について詳細に説明する。図３は、参照鏡の構成と参照鏡の据え付け方法を摸式的に示した斜視図である。４０、４１はＸ方向、Ｙ方向のステージ位置測長を可能とするために、互いに９０度方向に配置した平面鏡部品である。共に同一構成のものであるが、４０は参照鏡部品の分解した構成、４１は参照鏡部品の組み立て外観を示している。平面鏡部品４０（及び４１）は、平面鏡４２、平面鏡ホルダー４３、支持プレート４５、ボルト４６、圧縮バネ４７、固定部品４８、及び調整ボルト４９から成る。平面鏡４２は平面鏡ホルダー４３に接着等で固定されている。平面鏡ホルダー４３は支持プレート４５とボルト４６の締め付けで固定される。
この際、支持プレート４５のボルト４６が係合されるネジ部には、座グリが設けられていてボルト４６の頭が表側に突き出さないようになっている。固定部品４８の前面４８aには凹状の受け穴部が複数個設けられている。この穴部に圧縮バネ４７の一部を挿入させ、調整ボルト４９を固定部品４８の穴を通して支持プレート４５に設けたネジ部に係合することによって、固定部品４８と平面鏡ホルダー４３が一体に組み立てられる。複数から成る調整ボルトの締め付け・戻し動作を行うことで、前面に配置された平面鏡４２の向きを自在に変えることが可能となる。同図において、５０はアタッチメントであり、内側に段差を設けたフランジ部５２を設けている。平面鏡部品４０と４１は、アタッチメント５０の下側にボルト５１を用いて固定される。
また、アタッチメント５０は真空試料室に設けられた鏡体用の開口に、隙間なく嵌合するような外周を持つ円環部３０１を備えている。円環部３０１はフランジ５２と、真空試料室の天板に支持されるもう１つのフランジ３０２とを接続するように設けられている。また、円環部３０１の内壁は電子顕微鏡の鏡体が隙間なく嵌合するような内周面を持ち、鏡体とアタッチメント５０との間のＸ−Ｙ方向、及び傾斜方向の相対的な移動を禁止するようになっている。円環部３０１内の開口３０３には上述のように電子顕微鏡の鏡体が収まり、且つアタッチメント５０と鏡体との相対移動が禁止されるように、隙間なく嵌合される。
図４は、試料室にアタッチメント５０、参照光部品４１と４２の据え付け方法を摸式的に示した斜視図である。図示したように、アタッチメント５０は、試料室の天板２ｂに設けたフランジ部２ｃ部に据え付けてボルト５１で固定する。前述したように、アタッチメント５０の内側には、フランジ５２が設けられており、このフランジ部に鏡筒（図示せず）が搭載される。
一方、鏡筒２７は、電子銃２１、偏向器２３及び電子線を収束する電子レンズ２４等の重量物で構成されている。これに対して、本発明では、鏡筒をアタッチメントを介して天板に搭載するようになる。換言ずれば、鏡筒とアタッチメントの両者が別部品の分割構造となっているため、アタッチメントを高剛性の材料・形状のものを採用することが可能となる。
図５は、参照鏡の構成と参照鏡の据え付け方法に関する他実施例を摸式的に示した斜視図である。図は、参照鏡部品５３を分解した構成で示している。参照鏡部品５３は、平面鏡５４、平面鏡ホルダー５５、ベース５６、引張りバネ５７、固定ボルト５８、ネジガイド５９、固定プレート６０、及び調整ボルト６１から成る。同図において、まず、引張りバネ５７に引張力が発生した状態でベース５６と平面鏡ホルダー５５に引張りバネ５７の両端に装着する。ついで、固定ボルト５８をベース５６のネジ穴５６aに係合し、先端部を平面鏡ホルダー５５に押し当てる。ネジガイド５９は、内側と外側にネジが加工されているものである。このネイガイド５９をベース５６のネジ穴５６b、５６ｃに係合し、図示しないロック機構でベース５６に固定し両者を一体とする、次に、調整ボルト６１をネイガイド５９の内ネジに係合する。この調整ボルト６１の先端を平面鏡ホルダー５５の側面に押し当て、押し当て位置を前後に調整することによって、前記固定ボルト５８の先端部が支点となり、常に引張りバネ５７により引張り力が加わった状態で前面に配置された平面鏡５４の向きを自在に変えることが可能となる。固定プレート６０にベース５６を固定し、ついでアタッチメント５０に搭載することで図３と同様の参考鏡構成となる。ＸＹステージ２軸には、同様に９０度方向に搭載すれば良い。
図６は、更に他の実施例を摸式的に示した図である。図６は、試料室２の中央部（Ｏ−Ｏ´ライン）から右側、且つ上方部のみの断面を示したものであり、これまでと同一部品には同じ記号で示している。図において、３４が移動鏡１７に照射される測定用レーザビーム、３４は平面部品４０の先端に装備された平面４２に照射される参照用レーザビームである。図の２ｃは試料室２の天板２ａの裏面であり、２ｄはレーザビームを遮らないように天板２ａの裏面をくり抜いた切り欠き部である。この切り欠き２ｄの紙面垂直方向の大きさは、図４の平面鏡部品４０（または図５の平面鏡部品４３）の幅Ｌ１（またはＬ２）よりわずかに大きくしている。このように、天板にレーザビーム用切り欠きを設けることで天板を薄くせず、すなわち天板の剛性を低下させずに鏡筒基準でのステージ位置の測長が可能となる。
また、切り欠きを構成することで、アタッチメント５０の位置が試料室２の内部側に下げることになる。この結果、鏡筒の取り付けるフランジ面５２位置もウェハ１６の高さに接近できる。鏡筒取り付け位置５２とウェハ表面間の距離ｈが小さい程、鏡筒の傾斜による電子線２２の照射位置ずれが小さくなる。鏡筒が傾斜した際の影響については、後述するように補正が可能であるが、傾斜が小さいことに越したことはない。
図7は、鏡筒の傾斜の影響を強調して示したものである。鏡筒２７が傾斜すると、電子線２２のウェハ１６に対する照射位置がずれる（ずれ量をΔｘ１とする）。さらに、鏡筒５２と一体のアタッチメント５０も同時に傾斜する。ついで、平面鏡４２も傾斜する。参照ビーム３５の位置は不動であるが、平面鏡４２の傾斜により、参照ビーム３３の平面鏡４２に照射するポイントがずれ、結果的にレーザ測長値に誤差が生じる（ずれ量をΔｘ２とする）。
【００１１】
上述の鏡筒基準のステージ位置の測長方法は、鏡筒２７の水平方向の温度変化によるドリフトや振動等の影響を小さくすることは可能であるが、図７に示した鏡筒の傾斜の影響が残る場合がある。
図８は、鏡筒２７の傾斜を計測する測長方法を示す図である。図６の試料室２の中央部（Ｏ−Ｏ´ライン）から左側、すなわち１８０度反対側の試料室、且つ上方部のみの断面を示したものである。図６の平面鏡４２の向きに対して、図７では平面鏡４２が反対側に向いている。３４と３５は、各々平面鏡４２に照射される測定用レーザビーム、参照用レーザビームである。この測定用レーザビーム３４と参照用レーザビーム３５を差動干渉させることにより平面鏡４２の傾きが計測可能となる。平面鏡４２、アタッチメント５０、及び鏡筒５２が一体であるので、換言すれば平面鏡４２イコール鏡筒５２の傾きとして計測することが可能となる。つぎに、鏡筒５２が傾斜した際の電子線２２のウェハ１６に対する照射位置のずれ：Δｘ１と、さらに平面鏡４２の傾斜によって生じるレーザ測長値に誤差：Δｘ２について述べる。
ここで、図６にＡ，Ｂ，Ｃ点、Ｄ点を伴示した。各点は鏡筒が傾斜する前のポイントであり、Ａ点が電子線２２の照射位置、Ｂ点が測定ビーム３４のバーミラー１７への照射位置、Ｃ点が参照ビーム３３の平面鏡４２への照射位置である。Ｄ点はアタッチメント５０のフランジ５２の中心位置を示している。
図９に、フランジ５２のセンタＤを中心にして鏡筒が回転した場合を例に各座標位置の変化を示す。Ｄ点を原点とするＸＹ２次元座標を図９に伴示した。鏡筒の回転（回転角度＝Θとする）により、Ａ，Ｂ，Ｃ点は各々Ａ´，Ｂ´，Ｃ´点移動する。Ｅ´点は回転後に参照レーザビームが照射されるミラー表面のポイント。Ｅ点は回転前のＥ´点の座標である。回転移動の一次変換式から、回転後のＣ´（Ｘ３´,Ｙ３´）点とＥ´（Ｘ４´,Ｙ４´）点の座標は次式となる。
【００１２】
Ｘ３´＝Ｘ３・ｃｏｓθ−Ｙ３・ｓｉｎθ  ・・・（数１）
Ｙ３´＝Ｘ３・ｓｉｎθ＋Ｙ３・ｃｏｓθ  ・・・（数２）
Ｘ４´＝Ｘ４・ｃｏｓθ−Ｙ４・ｓｉｎθ  ・・・（数３）
Ｙ４´＝Ｘ４・ｓｉｎθ＋Ｙ４・ｃｏｓθ  ・・・（数４）
ここで、参照レーザビームのＹ軸方向については、鏡筒の回転でも変化しないものとすると
Ｙ４’＝ Ｙ３  ・・・（数５）
となる。また、参照ミラーは参照ビームに対して垂直に角度調整されているので
Ｘ３＝Ｘ４  ・・・（数６）
となる。
回転による鏡筒基準のレーザ測長のずれ：Δｘ２は次式となる。
【００１３】
Δｘ２＝Ｘ３−Ｘ４´  ・・・（数７）
式１から式６までを用い、Ｘ４´の値を Ｘ３とＹ３を用いて求めると以下となる。
【００１４】
Ｘ４´＝Ｘ３・ｃｏｓθ−２Ｙ３・ｓｉｎθ ＋ Ｘ３・(ｓｉｎθ)2＋Ｙ３・ｃｏｓθｓｉｎθ  ・・・（数８）
Ｘ３とＹ３は予め既知であるので、鏡筒の回転角度を計測できれば、式６と式７からΔＸ２を求めることが可能となる。
また、回転による電子線の照射位置のずれ：Δｘ１は次式で求められる。
【００１５】
Δｘ１＝ Ｙ０・ｔａｎθ  ・・・（数９）
図１０は、鏡筒基準のステージ位置測長と鏡筒の傾斜を計測する他実施例を示す図である。図８では鏡筒基準のステージ位置測長部の１８０度反対側に、平面鏡部品４０を別に構成して鏡筒２７の傾斜を計測するものであった。これに対し、図１０は試料室側面の片側からのみで、鏡筒基準のステージ位置測長と鏡筒２７の傾斜を計測する光学系を示したものである。図において、７１、７２、７３はビームスプリッタ、７４、７５、７６、７７はビームベンダー、７８、７９，８０は偏光ビームスプリッタである。また、８１、８２は４分の１波長板である。４２は平面鏡部品に搭載された平面鏡であり、１７はＸテーブル５上に装備されたバーミラーである。試料室２の矢印Ａ側が真空、矢印Ｂ側が大気である。後述するレーザビームは、真空チャンバーに備えたビュアポート（図示せず）を介して大気−真空間を通過する。
ここで、レーザビームパスについて説明する。外部から入射されるレーザビームＩ０は、ビームスプリッタ７１に入射され、透過光Ｉ０１と反射光Ｉ０２に分岐される。このうち透過光Ｉ01は偏光ビームスプリッタ７８に入射され、この際にＰ偏光成分のビームＩ0111が透過し、４分の１波長板を介して平面鏡４２に照射される。平面鏡４２からの反射ビームＯ2は４分の１波長板を介して偏光ビームスプリッタ７８に入射される。反射ビームＯ2は、４分の１波長板によって位相差が与えられ偏光成分が変わるため偏光ビームスプリッタ７８で反射し、次いでベンダー７５に入射した後検出器８３に入射する（ビームＯ1）。
また、ビームスプリッタ７１で反射したビームＩ02はビームベンダー７４で屈折された後偏光ビームスプリッタ７９に入射され、この際にＰ偏光成分のビームＩ021が透過し、４分の１波長板を介してＸテーブル５上に装備されたバーミラー１７に照射される。平面鏡４２からの反射ビームＯ３は４分の１波長板を介して偏光ビームスプリッタ８０に入射される。反射ビームＯ３は、４分の１波長板によって位相差が与えられ偏光成分が変わるため偏光ビームスプリッタ８０で反射し（Ｏ３）、検出器８４に入射される。
さらに、ビームスプリッタ７２で反射したビームＩ012はビームベンダー７７で屈折された後偏光ビームスプリッタ７８０に入射され、この際にＰ偏光成分のビームＩ0121が透過し、４分の１波長板を介して平面鏡４２に照射される。平面鏡４２からの反射ビームＯ2は４分の１波長板を介して偏光ビームスプリッタ７９に入射される。反射ビームＯ2は、４分の１波長板によって位相差が与えられ偏光成分が変わるため偏光ビームスプリッタ７９で反射し、次いでベンダー７５に入射した後ビームスプリッタ７３3に入射し、更にビームＯ121とビームＯ22に分割される。このうち、ビームＯ121は検出器８３に入射され、一方のビームＯ２２は検出器８４に入射される。
検出器８３と８４は、入射される２つのビームを重ねあわせた干渉信号を取得し、ビーム間の差動距離を計測する。これによって、まず平面鏡４２のＭ２部分とＸテーブル５上に装備されたバーミラー１７のＭ３部分での差動計測から、鏡筒基準のＸステージ位置の測長が可能となる。また、平面鏡４２のＭ１部分とＭ２部分での差動計測から鏡筒の傾斜を計測が可能となる。
図１１は試料室の片側からのみで鏡筒基準のステージ位置測長と鏡筒２７の傾斜を計測する本発明の他実施例を示したものである。図において、９０、９１、９２、９３はビームスプリッタ、９４はビームベンダー、９６，９７、９８は偏光ビームスプリッタ、９９，１００、１０１はコーナキューブミラー、である。また、１０２、１０３は４分の１波長板である。図１０が平面鏡４２及びバーミラー１７で一回のみ反射したビームを用いた構成であるのに対して、図１１の場合は２回ビームを反射させている。図１１では、各反射部Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３で２回目の入射ビームが高さ方向にずれて記載しているが、あくまで便宜上原理的なビームパスを示したものであって、実際には１回目と２回目の入射ビームは同一水平高さになるように光学系を構成する。なお、図中の縦方向矢印はレーザ光のＰ波、２重丸はＳ波、斜めの矢印は円偏光を示している。異なる角度の斜めの矢印は互いに回転方向が異なる円偏光を示している。本実施例では、最終的に反射ビームとしてはビームＡ、ビームＡ´、ビームＢ、ビームＣが得られる。ビームＡとＢ、及びからビームＡ´とＣは、図示しないミラーを介して検出器８３及び８４に入射される。図１０の場合と同様に、面鏡４２のＭ２部分とＸテーブル５上に装備されたバーミラー１７のＭ３部分での差動計測から、鏡筒基準のＸステージ位置の測長が可能となる。また、平面鏡４２のＭ１部分とＭ２部分での差動計測から鏡筒の傾斜を計測が可能となる。
図１２は、ＳＥＭ画像の補正の考えかたを説明するためのデータ例を示す。図１２は、鏡筒とステージが振動していて、且つ鏡筒・ステージにドリフト（時間とともに水平移動する現象）が生じている場合を例に示している。図の各波形は、実際とは異なるもので、例えばステージの振動はいくつかの周波数成分の振動が重なり合って生じ、時間と共に複雑は振動挙動を示すものである。図７に示すような鏡筒の揺れを仮に正弦波とし周波数Ｆ１、振幅ａ１とし、図１２の波形Ａ（時間と共に変化するビーム位置をＸ１とする）に示した。この時、鏡筒の揺れによって、[式７]で示される参照光位置のずれ（ΔＸ２＝Ｘ３−Ｘ４´）を波形Ｂ（時間と共に変化するずれをΔＸ２とする）で示す。振幅はａ２とした。参照鏡の揺れは鏡筒と一体で揺れるものとし、この参照光位置のずれの振動周波数は、鏡筒の揺れと同じ周波数Ｆ１としている。一方、ステージは、床振動、真空ポンプの振動、及び室内ファンで発生する音圧変動等の外乱が真空チャンバを介して伝搬されて振動する。図１２にステージの振動波形として、正弦波とし周波数Ｆ２、振幅ａ３として波形Ｃ（時間と共に変化すステージ振動をΔＸ３とする）に示した。これまでのステージの振動と鏡筒の振動計測経験から、Ｆ１＜Ｆ２としている。参照鏡とステージのドリフトの相対値を仮に時間軸に対して仮に線形とみなし、波形Ｄに示した（時間と共に変化するビーム位置をΔＸ４とする）。
ここで、ビーム位置ずれ：ΔＸ１、及び参照光の位置ずれ：ΔＸ２は、鏡筒の傾斜θの計測結果から、[式９]及び[式７]と[式８]から求められる。ステージの振動ΔＸ３とドリフトΔＸ４は、鏡筒参照のステージ位置測長結果そのものから参照光の位置ずれ：ΔＸ２を差し引いた形で求められる。図１３は、図１２の波形を用い、鏡筒を基準としたテーブル位置を求めた結果を図１３の点線で示す波形Ｐに示す。さらに、この波形Ｐと図１２のビーム位置の波形Ａから、ウェハ表面でのビーム位置を実線の波形Ｑに示す。すなわち、図１２で示した条件のもとでＳＥＭ画像を取得した際には、電子銃の照射位置が図１３に示す波形：Ｑ（画像補正データ）の如く、時間と共にずれた位置での画像を取り込んでいることになる。ＳＥＭ画像を取得するタイミングと鏡筒基準のステージ位置測長と鏡筒の傾斜の計測を同期させることによって、得られたＳＥＭ画像と画像補正データによってＳＥＭ画像の補正を可能とする。
図１４は被検査試料のウェハパターンを摸式的に示した。また、図１５はＳＥＭ装置により図１４のウェハパターンの画像を取得した例を摸式的に示したものである。この取得画像は、鏡筒のドリフト・振動・傾き、及びステージの振動などで像揺れが生じている例である。しかしながら、図１４に示した画像取得時の画像補正データがあれば（図１５との関連性はない）、そのデータを用いることにより、オフラインで図１６に示す元のウェハパターンに近い画像に補正を行うことができる。
【符号の説明】
【００１６】
１  真空ポンプ
３  試料ステージ
４  ベース
５  Ｘテーブル
６  Ｙテーブル
９  Ｘボールネジ
１０  Ｘロッド
１１  シャフト
１２  モータ
１５  試料ホルダー
１６  ウェハ
１７  バーミラー
１８  レーザ干渉測長制御部
１９  干渉計
２０  制御装置
２１  電子銃
２２  電子線
２３  偏向器
２４  電子レンズ
２５  二次電子
２６  二次電子検出器
２７  鏡筒
２８  制御部
２９  モニター
３１  ビームスプリッタ
３２  ビームベンダー
３３  平面鏡
３４  測定ビーム
３５  参照ビーム
４０  平面鏡部品
４１  平面鏡部品
４２  平面鏡
４３  平面鏡ホルダー
４５  支持プレート
４６  ボルト
４７  圧縮バネ
４８  固定部品
４９  調整ボルト
５０  アタッチメント
５１  ボルト
５２  フランジ
５３  参照鏡部品
５４  平面鏡
５５  平面鏡ホルダー
５６  ベース
５７  引張りバネ
５８  固定ボルト
５９  ネジガイド
６０  固定プレート
６１  調整ボルト
７１、７２、７３  ビームスプリッタ
７４、７５、７６、７７  ビームベンダー
７８、７９，８０  偏光ビームスプリッタ
８１、８２  ４分の１波長板
８３、８４  検出器
９０、９１、９２、９３  ビームスプリッタ
９４  ビームベンダー
９６，９７、９８  偏光ビームスプリッタ
９９，１００、１０１  コーナキューブミラー
１０２、１０３  ４分の１波長板
【図１】
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【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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