(57)【要約】【課題】  本発明はアライメント自動補正方法及び装置に関し、通常の操作員が収差補正器を意識せずに収差補正器のアライメントができるアライメント自動補正方法及び装置を提供することを目的としている。【解決手段】  試料表面像から荷電粒子ビーム形状を抽出する抽出手段１１ｂと、抽出された荷電粒子ビームの形状の位置から装置の軸ずれ量を算出する算出手段１１ｃと、算出された軸ずれ量に応じて収差補正器６又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかけるフィードバック手段１１ｄとを有して構成される。このように構成すれば、通常の操作員が収差補正器を意識せずに収差補正器のアライメントの自動補正を行なうことができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料表面像から荷電粒子ビーム形状を抽出する工程と、
抽出された荷電粒子ビームの形状の位置から装置の軸ずれ量を算出する工程と、
算出された軸ずれ量に応じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかける工程と、
を有することを特徴とするアライメント自動補正方法。
【請求項２】
試料表面像から荷電粒子ビーム形状を抽出する抽出手段と、
抽出された荷電粒子ビームの形状の位置から装置の軸ずれ量を算出する算出手段と、
算出された軸ずれ量に応じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかけるフィードバック手段と、
を有して構成されるアライメント自動補正装置。
【請求項３】
使用する試料表面像は、２枚、３枚、又は５枚の内の何れかの枚数であることを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項４】
前記２枚の試料表面像は、収差補正器のレンズ強度を所定量だけシフトした像と、現在値での像であることを特徴とする請求項３記載のアライメント自動補正装置。
【請求項５】
前記３枚の試料表面像は、収差補正器のレンズ強度をＸ方向に所定量だけシフトした像と、Ｙ方向に所定量だけシフトした像と、現在値での像であることを特徴とする請求項３記載のアライメント自動補正装置。
【請求項６】
前記５枚の試料表面像は、収差補正器のレンズ強度をＸ方向に正負の所定量だけシフトした像２枚と、Ｙ方向に正負の所定量だけシフトした像２枚と、現在値での像であることを特徴とする請求項３記載のアライメント自動補正装置。
【請求項７】
前記収差補正器は、４段の多極子からなることを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項８】
前記収差補正器を構成する４段の多極子は少なくとも４極子以上であることを特徴とする請求項７記載のアライメント自動補正装置。
【請求項９】
前記シフトするレンズ強度は、収差補正器を構成する４段の多極子のうち、第１段の２極子、又は第２段の２極子、又は第３段の２極子、又は第４段の２極子、又は第１段の４極子、又は第２段の４極子、又は第３段の４極子、又は第４段の４極子、又は第１段の６極子、又は第２段の６極子、又は第３段の６極子、又は第４段の６極子、又は第１段の８極子、又は第２段の８極子、又は第３段の８極子、又は第４段の８極子、又は対物レンズに応じたものであることを特徴とする請求項２又は３又は４又は７記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１０】
前記レンズ強度をシフトするのと同期して試料表面像を取得することを特徴とする請求項９記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１１】
１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を抽出し、前記装置の軸ずれ量を、前記抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状の重心の位置と原点との差にある定数を乗じた値としたことを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１２】
１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を抽出し、前記装置の軸ずれ量を、前記抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状の中心の位置と原点との差にある定数を乗じた値としたことを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１３】
得られた軸ずれ量にある定数を乗じた値に応じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックをかけるようにしたことを特徴とする請求項２又は１１又は１２に記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１４】
フィードバックする収差補正器又は対物レンズのレンズ強度は、収差補正器を構成する４段の多極子のうち、第１段の２極子、又は第２段の２極子、又は第３段の２極子、又は第４段の２極子、又は第１段の４極子、又は第２段の４極子、又は第３段の４極子、又は第４段の４極子、又は対物レンズに応じたものであることを特徴とする請求項１３記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１５】
定量化された軸ずれ量をある閾値と比較することで、装置の軸ずれが補正されたか否かを自動判定することを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１６】
定量化された軸ずれ量がある閾値以内に入るまで自動アライメント処理を繰り返すことを特徴とする請求項１５記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１７】
前記試料は円状の粒子であることを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１８】
前記試料は金粒子であることを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項１９】
前記試料はラテックスであることを特徴とする請求項１７記載のアライメント自動補正装置。
【請求項２０】
前記２つの荷電粒子ビーム形状のうち、１つの荷電粒子ビーム形状のＸ方向の位置と原点との差をＸ方向ずれ量、もう１つの荷電粒子ビーム形状のＹ方向の位置と原点との差をＹ方向ずれ量とすることを特徴とする請求項５又は１１又は１２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項２１】
前記荷電粒子ビーム形状の位置は、重心又は中心であることを特徴とする請求項２０記載のアライメント自動補正装置。
【請求項２２】
Ｘ方向、Ｙ方向に独立に軸ずれ補正することを特徴とする請求項２０記載のアライメント自動補正装置。
【請求項２３】
抽出された荷電粒子ビーム形状と算出された軸ずれ量とを表示することを特徴とする請求項２記載のアライメント自動補正装置。
【請求項２４】
系全体の収差を補正する収差補正器と、
該収差補正器のレンズ強度を制御する収差補正制御器と、
対物レンズと、
該収差補正制御器又は対物レンズにレンズ強度を指示するアライメント制御装置と、
該アライメント制御装置と同期してＳＥＭ像を取得し荷電粒子ビーム形状を抽出するビーム形状抽出装置と、
得られた前記ビーム形状から軸ずれの大きさを定量化する軸ずれ定量化装置と、
該定量化された軸ずれ量から前記収差補正制御器又は対物レンズにフィードバック量を指示するフィードバック装置と、
前記軸ずれ量から自動補正するか否かを判断する判断装置と、
を具備することを特徴とするアライメント自動補正装置。
【請求項２５】
複数段の多極子で構成される収差補正器の制御方法において、
制御器により、各段の多極子レンズ強度比を固定して、一つのレンズとして同時に制御することを特徴とする収差補正器の制御方法。
【請求項２６】
複数段の多極子で構成される収差補正器の制御方法において、
制御器により、各段の多極子と対物レンズのレンズ強度比を固定して、一つのレンズとして同時に制御することを特徴とする収差補正器の制御方法。
【請求項２７】
前記制御器により、各段の多極子レンズ強度比を固定して組み合わされたレンズ又は各段の多極子と対物レンズのレンズ強度比を固定して組み合わせたレンズに対してフィードバックをかけることを特徴とする請求項２５若しくは２６記載の収差補正器の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動収差補正方法及び装置並びに収差補正器の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子を用いた試料表面観察装置の一例として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を例にとって説明する。図７は従来装置の構成例を示す図である。この図は、収差補正器を搭載した走査電子顕微鏡を示している。エミッタ１より電子ビーム２が放出され、該電子ビーム２に作用するレンズ３によって収差補正器６に入射する前記電子ビーム２を制御し、前記収差補正器６から出た電子ビーム２を対物レンズ４によって試料５の表面に集束させる。
【０００３】
試料表面で前記電子ビーム２を走査し、走査と同期して前記試料表面から放出される二次電子７を二次電子検出器８で検出することにより、走査信号に同期してＣＲＴ１２上に画像として表示させる。前記二次電子７の検出効率は通常は低いため、通常画像積算器９によってノイズが除去される。ノイズが除去された画像がＣＲＴ１２に表示される。このような収差補正器の例として多極子を用いた技術が知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００４】
以下、非特許文献１に示す技術を例にとって説明する。図８は収差補正器の構成とその内部を通る電子ビームの軌跡を示す図である。図において、６は収差補正器である。前記多極子は４段の多極子からなり、それぞれ第１多極子６ａ、第２多極子６ｂ、第３多極子６ｃ、第４多極子６ｄとして示す。通常、各段の多極子は８極子以上の多極子である。電子ビーム２は第１多極子６ａにより集束・発散作用を同時に受ける。今、図に示すように、発散作用を受けた電子ビーム２をＸ軌道６ｅ、集束作用を受けた電子ビーム２をＹ軌道６ｆとする。
【０００５】
前記Ｙ軌道６ｆは、第２多極子６ｂの中心を通るように第１の多極子６ａの強度が調節されている。また、前記Ｘ軌道６ｅは、第３多極子６ｃの中心を通るように第２多極子６ｂの強度が調整されている。この際、第２多極子６ｂでは、Ｙ軌道６ｆは第２多極子６ｂの中心を通過しているため、前記Ｘ軌道６ｅのみレンズ作用を受ける。同様に、第３多極子６ｃでは、前記Ｘ軌道６ｅは第３多極子６ｃの中心を通過しているため、前記Ｙ軌道６ｆのみレンズ作用を受ける。このように、前記電子ビーム２のＹ軌道６ｆは第２多極子６ｂの中心を、Ｘ軌道６ｅは第３多極子６ｃの中心を通り、かつ、それぞれの方向で集束していなければならない。
【０００６】
従来、このアライメントは、各段の多極子をウォブルすることで像の移動量を見て、各段の多極子の強度を調整することで行われている。例えば、各段は機械的な中心軸ずれを必ず持っているため、通常、各段は２極子も構成されており、各段の多極子をウォブルすることで、像が移動しないようにこれらを用いて各段の中心がアライメントされる。また、前述したように、多極子のレンズ作用によって前記第２多極子中心及び第３多極子中心を通り、かつ、それぞれＹ方向及びＸ方向に集束するように各段の多極子も像が移動しないように調整されている。これらの手順はリンクしているため、操作員が経験と勘によって像の動きと像質を確認しながら多大の時間をかけることによって調節されている。
【０００７】
【非特許文献１】Aberration correction in a low voltage SEM by multipole corrector(Nuclear Instrument and Methods in Physics Research A 363(1995)316-325)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述したように、多極子で構成される収差補正器では、構築上での機械的中心軸ずれが必ずあり、操作員が複数の２極子を用いて各段の多極子をウォブルすることで経験的に合わせ込んでいる。また、前記収差補正器の内部では、電子ビームのある方向成分はある段の中心を通り、かつ、集束しなければならず、これを各段の多極子の強度を調整して合わせ込んでいる。これらの手順は、複雑にリンクしており、操作員は像の移動と像質から経験と勘で多大な時間をかけて調整するという問題がある。
【０００９】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、通常の操作員が収差補正器を意識せずに収差補正器のアライメントができるアライメント自動補正方法及び装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
（１）請求項１記載の発明は、試料表面像から荷電粒子ビーム形状を抽出する工程と、抽出された荷電粒子ビームの形状の位置から装置の軸ずれ量を算出する工程と、算出された軸ずれ量に応じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかける工程とを有することを特徴とする。
【００１１】
（２）請求項２記載の発明は、試料表面像から荷電粒子ビーム形状を抽出する抽出手段と、抽出された荷電粒子ビームの形状の位置から装置の軸ずれ量を算出する算出手段と、算出された軸ずれ量に応じて収差補正器又は対物レンズに対してフィードバックを自動でかけるフィードバック手段とを有して構成される。
【００１２】
（３）請求項３記載の発明は、使用する試料表面像は、２枚、３枚、又は５枚の何れかの枚数であることを特徴とする。
【００１３】
（４）請求項４記載の発明は、前記２枚の試料表面像は、収差補正器のレンズ強度を所定量だけシフトした像と、現在値での像であることを特徴とする。
【００１４】
（５）請求項５記載の発明は、前記３枚の試料表面像は、収差補正器のレンズ強度をＸ方向に所定量だけシフトした像と、Ｙ方向に所定量だけシフトした像と、現在値での像であることを特徴とする。
【００１５】
（６）請求項６記載の発明は、前記５枚の試料表面像は、収差補正器のレンズ強度をＸ方向に正負の所定量だけシフトした像２枚と、Ｙ方向に正負の所定量だけシフトした像２枚と、現在値での像であることを特徴とする。
【００１６】
（７）請求項７記載の発明は、前記収差補正器は、４段の多極子からなることを特徴とする。
【００１７】
（８）請求項８記載の発明は、前記収差補正器を構成する４段の多極子は少なくとも４極子以上であることを特徴とする。
【００１８】
（９）請求項９記載の発明は、前記シフトするレンズ強度は、収差補正器を構成する４段の多極子のうち、第１段の２極子、又は第２段の２極子、又は第３段の２極子、又は第４段の２極子、又は第１段の４極子、又は第２段の４極子、又は第３段の４極子、又は第４段の４極子、又は第１段の６極子、又は第２段の６極子、又は第３段の６極子、又は第４段の６極子、又は第１段の８極子、又は第２段の８極子、又は第３段の８極子、又は第４段の８極子、又は対物レンズに応じたものであることを特徴とする。
【００１９】
（１０）請求項１０記載の発明は、レンズ強度をシフトするのと同期して試料表面像を取得することを特徴とする。
【００２０】
（１１）請求項１１記載の発明は、１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を抽出し、前記装置の軸ずれ量を、前記抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状の重心の位置と原点との差にある定数を乗じた値としたことを特徴とする。
【００２１】
（１２）請求項１２記載の発明は、１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を抽出し、前記
装置の軸ずれ量を、前記抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状の中心の位置と原点との差にある定数を乗じた値としたことを特徴とする。
【００２２】
（１３）請求項１３記載の発明は、得られた軸ずれ量にある定数を乗じた値に応じて収差補正器に対してフィードバックをかけるようにしたことを特徴とする。
【００２３】
（１４）請求項１４記載の発明は、フィードバックする収差補正器のレンズ強度は、収差補正器を構成する４段の多極子のうち、第１段の２極子、又は第２段の２極子、又は第３段の２極子、又は第４段の２極子、又は第１段の４極子、又は第２段の４極子、又は第３段の４極子、又は第４段の４極子、又は対物レンズに応じたものであることを特徴とする。
【００２４】
（１５）請求項１５記載の発明は、定量化された軸ずれ量をある閾値と比較することで、装置の軸ずれが補正されたか否かを自動判定することを特徴とする。
【００２５】
（１６）請求項１６記載の発明は、定量化された軸ずれ量がある閾値以内に入るまで自動アライメント処理を繰り返すことを特徴とする。
【００２６】
（１７）請求項１７記載の発明は、前記試料は円状の粒子であることを特徴とする。
【００２７】
（１８）請求項１８記載の発明は、前記試料は金粒子であることを特徴とする。
【００２８】
（１９）請求項１９記載の発明は、前記試料はラテックスであることを特徴とする。
【００２９】
（２０）請求項２０記載の発明は、前記２つの荷電粒子ビーム形状のうち、１つの荷電粒子ビーム形状のＸ方向の位置と原点との差をＸ方向ずれ量、もう１つの荷電粒子ビーム形状のＹ方向の位置と原点との差をＹ方向ずれ量とすることを特徴とする。
【００３０】
（２１）請求項２１記載の発明、前記荷電粒子ビーム形状の位置は、重心又は中心であることを特徴とする。
【００３１】
（２２）請求項２２記載の発明は、Ｘ方向、Ｙ方向に独立に軸ずれ補正することを特徴とする。
【００３２】
（２３）請求項２３記載の発明は、抽出された荷電粒子ビーム形状と算出された軸ずれ量とを表示することを特徴とする。
【００３３】
（２４）請求項２４記載の発明は、系全体の収差を補正する収差補正器と、該収差補正器のレンズ強度を制御する収差補正制御器と、対物レンズと、該収差補正制御器又は対物レンズにレンズ強度を指示するアライメント制御装置と、該アライメント制御装置と同期してＳＥＭ像を取得し荷電粒子ビーム形状を抽出するビーム形状抽出装置と、得られた前記ビーム形状から軸ずれの大きさを定量化する軸ずれ定量化装置と、該定量化された軸ずれ量から前記収差補正制御器にフィードバック量を指示するフィードバック装置と、前記軸ずれ量から自動補正するか否かを判断する判断装置とを具備することを特徴とする。
【００３４】
（２５）請求項２５記載の発明は、複数段の多極子で構成される収差補正器の制御方法において、制御器により、各段の多極子レンズ強度比を固定して、一つのレンズとして同時に制御することを特徴とする。
【００３５】
（２６）請求項２６記載の発明は、複数段の多極子で構成される収差補正器の制御方法において、制御器により、各段の多極子と対物レンズのレンズ強度比を固定して、一つのレンズとして同時に制御することを特徴とする。
【００３６】
（２７）請求項２７記載の発明は、前記制御器により、各段の多極子レンズ強度比を固定して組み合わされたレンズ又は各段の多極子と対物レンズのレンズ強度比を固定して組み合わせたレンズに対してフィードバックをかけることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３７】
（１）請求項１記載の発明によれば、通常の操作員が収差補正器を意識せずに収差補正器のアライメントの自動補正を行なうことができる。
【００３８】
（２）請求項２記載の発明によれば、通常の操作員が収差補正器を意識せずに収差補正器のアライメントの自動補正を行なうことができる。
【００３９】
（３）請求項３記載の発明によれば、使用する試料表面像として、２枚、３枚、又は５枚の内の何れかの枚数を用いることで、収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。
【００４０】
（４）請求項４記載の発明によれば、収差補正器のレンズ強度を所定量だけシフトした像と現在値での像を用いて収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。
【００４１】
（５）請求項５記載の発明によれば、収差補正器のレンズ強度をＸ方向及びＹ方向に所
定量だけシフトした像と現在値での像を用いて収差補正器又は対物レンズによる自動アライメントを行なうことができる。
【００４２】
（６）請求項６記載の発明によれば、収差補正器のレンズ強度をＸ方向及びＹ方向に正負の所定量だけシフトした像と現在値での像を用いて収差補正器又は対物レンズによる自動アライメントを行うことができる。
【００４３】
（７）請求項７記載の発明によれば、４段の多極子よりなる収差補正器又は対物レンズを用いて自動アライメントを行なうことができる。
【００４４】
（８）請求項８記載の発明によれば、４段の多極子の各段の多極子として少なくとも４極子以上のものを用いて収差補正器又は対物レンズによる自動アライメントを行なうことができる。
【００４５】
（９）請求項９記載の発明によれば、４段の多極子の内の各段の多極子数として、２極子、４極子、６極子、８極子のものを用いて収差補正器又は対物レンズによる自動アライメントを行なうことができる。
【００４６】
（１０）請求項１０記載の発明によれば、レンズ強度をシフトした時の試料表面像を得ることができる。
【００４７】
（１１）請求項１１記載の発明によれば、装置の軸ずれ量として、抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を用いて、重心の位置と原点との差にある定数を乗じて装置の軸ずれ量を求めることができる。
【００４８】
（１２）請求項１２記載の発明によれば、装置の軸ずれ量として、抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を用いて、中心の位置と原点との差にある定数を乗じて装置の軸ずれ量を求めることができる。
【００４９】
（１３）請求項１３記載の発明によれば、得られた軸ずれ量にある定数をかけた値に応じて収差補正器又は対物レンズにフィードバックをかけることにより、収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。
【００５０】
（１４）請求項１４記載の発明によれば、フィードバックする収差補正器又は対物レンズのレンズ強度として、４段の多極子の各段の多極子として２極子又は４極子のものを用いた収差補正器又は対物レンズによる自動アライメントを行なうことができる。
【００５１】
（１５）請求項１５記載の発明によれば、定量化された軸ずれ量をある閾値と比較するようにして、装置の軸ずれ（アライメント）が補正されたかどうかを自動判定することができる。
【００５２】
（１６）請求項１６記載の発明によれば、定量化された軸ずれ量がある閾値以内に入るまで自動アライメント処理を繰り返すことで、軸ずれ量を十分に小さくすることができる。
【００５３】
（１７）請求項１７記載の発明によれば、試料として円状の粒子を用いることにより、好ましい試料表面像を得ることができる。
【００５４】
（１８）請求項１８記載の発明によれば、試料として金粒子を用いることにより、好ましい試料表面像を得ることができる。
【００５５】
（１９）請求項１９記載の発明によれば、試料としてラテックスを用いることにより、好ましい試料表面像を得ることができる。
【００５６】
（２０）請求項２０記載の発明によれば、１つの荷電粒子ビーム形状のＸ方向の位置と原点との差をＸ方向ずれ量、もう１つの荷電粒子ビーム形状のＹ方向の位置と原点との差をＹ方向ずれ量としてこれら２つのずれ量を用いて軸ずれ補正（アライメント調整）を行なうことができる。
【００５７】
（２１）請求項２１記載の発明によれば、前記荷電粒子ビーム形状の位置として重心又は中心を用いることで、収差補正器又は対物レンズによる自動アライメントを行なうことができる。
【００５８】
（２２）請求項２２記載の発明によれば、Ｘ方向及びＹ方向に独立に軸ずれ補正を行なうことにより、軸ずれ補正を良好に行なうことができる。
【００５９】
（２３）請求項２３記載の発明によれば、抽出された荷電粒子ビーム形状と算出された軸ずれ量とを表示することにより、操作員の処理を支援することができる。
【００６０】
（２４）請求項２４記載の発明によれば、通常の操作員が収差補正器を意識せずに収差補正器のアライメントの自動補正を行なうことができる。
【００６１】
（２５）請求項２５記載の発明によれば、各段の多極子レンズ強度比を固定することで、一つの制御信号であたかも一つのレンズを制御することができ、制御系を簡素化することで、軸ずれ補正を良好に行うことができる。
【００６２】
（２６）請求項２６記載の発明によれば、各段の多極子レンズと対物レンズのレンズ強度比を固定することで、一つの制御信号であたかも一つのレンズを制御することができ、制御系を簡素化することで、軸ずれ補正を良好に行うことができる。
【００６３】
（２７）請求項２７記載の発明によれば、一つの軸ずれ量に対して一つのフィードバック量で制御することができ、軸ずれ補正を良好に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６４】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
【００６５】
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図７と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１は荷電粒子ビームを放出するエミッタ、２は該エミッタ１から放出される電子ビーム、３は該電子ビーム２に作用するレンズ、６はレンズ作用を受けた電子ビーム２の各種補正を行なう収差補正器、４は電子ビーム２を試料５上に集束させる対物レンズ、５は試料、７は該試料５から放出される二次電子、８は該二次電子７を検出する二次電子検出器である。
【００６６】
９は二次電子像をノイズに強くするために画像を積算する画像積算器、１０は収差補正器６に収差補正のための制御信号を与える収差補正制御器、１１は収差補正制御器１０又は対物レンズ４に自動アライメント制御信号を与える自動アライメント装置である。該自動アライメント装置１１としては、例えばコンピュータが用いられる。１２は画像積算器９と接続され、各種情報を表示するＣＲＴである。
【００６７】
なお、本発明において、試料５として円状の粒子や、金粒子や、ラテックスを用いると良好な試料表面像を得ることができる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００６８】
エミッタ１より電子ビーム２が放出され、該電子ビーム２に作用するレンズ３によって収差補正器６に入射する電子ビーム２を制御し、前記収差補正器６から出た電子ビーム２を対物レンズ４によって試料５の表面に集束させる。試料表面で電子ビーム２を走査し、走査と同期して試料５の表面から放出される二次電子７を二次電子検出器８で検出することにより、走査信号に同期してＣＲＴ１２上に画像として表示させる。前記二次電子検出器８の検出効率は通常低いため、画像積算器９によってノイズが除去される。
【００６９】
収差補正制御器１０は、収差補正器６のレンズ強度を制御している。自動アライメント装置１１は前記画像積算器９からＳＥＭ像を取得し、前記収差補正器６の機械的軸ずれを補正するレンズ強度と前記収差補正器６で内部での電子ビーム２の軌道を所定の軌道に制御するレンズ強度とを算出して前記収差補正制御器１０に指示する。収差補正器６の構成及び動作に関しては、前記非特許文献１に詳述されている。以下、本発明による前記自動アライメント装置１１の構成及び動作を図２を基に詳述する。
【００７０】
図２は自動アライメント装置の構成例を示す図である。図において、１１ａはアライメント制御装置であり、アライメント制御のための制御信号ΔＶｎを出力する。１１ｂはアライメント制御装置の出力を受けると共に、ＳＥＭ像２０を受けてビーム形状を抽出するビーム形状抽出装置、１３は該ビーム形状抽出装置１１ｂから出力されるビーム形状である。１１ｃはビーム形状１３を受けて軸ずれを定量化する軸ずれ定量化装置、１１ｅは該軸ずれ定量化装置で定量化された値を受けてフィードバック制御を行なうかどうかの判断を行なう判断装置、１１ｄは該判断装置１１ｅの出力を受けてフィードバック制御信号Ｖｎを出力するフィードバック装置である。このように構成された装置を用いて、本発明の動作を説明する。
【００７１】
前記自動アライメント装置１１は、収差補正器６の軸ずれ量を確認するために、収差補正制御器１０に対して収差補正器６を構成する複数の２極子の強度を変えるように指示し、また、前記収差補正器６の内部を前記電子ビーム２が所定の軌道を通っているかを確認するために、収差補正制御器１０に対して、収差補正器６を構成する複数の多極子の強度を変えるよう指示する。ビーム形状抽出装置１１ｂでは、アライメント制御装置１１ａからのレンズ強度変化指示ΔＶｎと同期して、その際のレンズ強度変化なしのＳＥＭ像とレンズ強度変化時のＳＥＭ像とを取得して、ビーム形状を算出する。これら２枚のＳＥＭ像からビーム形状を抽出する方法は、特許（ＷＯ  ０１／５６０５７  ＡＬ）に詳述されている。ここではその概略を示す。
【００７２】
レンズ強度を変化させた時のＳＥＭ像をｇ１とし、レンズ強度を変化させない時のＳＥＭ像をｇ０とする。また、試料表面形状をｓ、レンズ強度変化時のビーム形状をｐ１、レンズ強度を変化させない時のビーム形状をｐ０とする。この時、前記ＳＥＭ像ｇ１とｇ０は次式のように表わされる。
【００７３】
ｇ１＝ｓ＊ｐ１              （１）
ｇ０＝ｓ＊ｐ０              （２）
ここで、「＊」はコンボリーションを表わしている。（１），（２）式をそれぞれフーリエ変換すると、次式のようになる。大文字はフーリエ変換されたものを示している。
【００７４】
Ｇ１＝Ｓ・Ｐ１              （３）
Ｇ０＝Ｓ・Ｐ０              （４）
ここで、「・」はフーリエ空間上での積を示す。（３）式，（４）式でＳを消去すると次式が得られる。
【００７５】
Ｇ１＝（Ｐ１・Ｇ０／Ｐ０）＝Ｐ１０・Ｇ０    （５）
ここで、Ｐ１／Ｐ０＝Ｐ１０とした。次に（５）式を実空間に逆フーリエ変換すると次式が得られる。
【００７６】
ｇ１＝Ｆ-1［Ｐ１０・Ｇ０］                （６）
ここで、Ｆ-1［］は逆フーリエ変換を示す。Ｐ１０は既知の関数であるから、Ｇ０が分かれば、（６）式によってビーム形状ｇ１を計算することができる。
【００７７】
例えば、レンズ強度変化なしの時のビーム形状ｇ０をガウス分布関数と仮定すれば、Ｇ０もガウス分布関数なので、ビーム形状１３（ｇ１）を計算することができる。図２に示すように、前記軸ずれ定量化装置１１ｃでは、得られた前記ビーム形状１３（ｇ１）から現在の軸ずれの大きさを定量化する。定量化の方法としては、例えば図３に示すように、ビーム形状のＦＯＶ（Ｆｉｅｌｄ  Ｏｆ  Ｖｉｅｗ）の中心をＯとし、ビーム形状１３の重心をＧとして、ベクトルＯＧのＸ軸及びＹ軸への射影を、Ｘ方向ずれをＧｘ［ｍｏｄｅ］、Ｙ方向ずれをＧｙ［ｍｏｄｅ］とする。なお、重心の代わりに中心を用いることができる。
【００７８】
ここで、Ｇｘ［ｍｏｄｅ］，Ｇｙ［ｍｏｄｅ］はｍｏｄｅの関数とし、ｍｏｄｅとは前記アライメント制御装置１１ａが指示したレンズ強度変化の識別を意味するものである。例えば、ｍｏｄｅ＝１は前記収差補正器６の第１極子の４極子を変化させたことを意味する。フィードバック装置１１ｄは、定量化された軸ずれ量Ｇｘ［ｍｏｄｅ］，Ｇｙ［ｍｏｄｅ］から次式によって前記収差補正制御器１０又は対物レンズ４に指示するフィードバック量Ｖｎ［ｍｏｄｅ］を算出する。同様に、フィードバック量Ｖｎはｍｏｄｅの関数であることを示している。通常、フィードバック量Ｖｎには方向性があり、Ｘ方向のフィードバック量をＶｎｘ、Ｙ方向のフィードバック量をＶｎｙとする。
【００７９】
Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ］＝α［ｍｏｄｅ］×Ｇｘ［ｍｏｄｅ］          （７−１）
Ｖｎｙ［ｍｏｄｅ］＝β［ｍｏｄｅ］×Ｇｙ［ｍｏｄｅ］          （７−２）
ここで、α［ｍｏｄｅ］，β［ｍｏｄｅ］は同様にｍｏｄｅの関数である。
【００８０】
このように、本発明によれば、荷電粒子ビーム形状の位置として重心又は中心を用いることで、収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。
【００８１】
判断装置１１ｅは、ｍｏｄｅによって識別された軸ずれ量Ｇｘ［ｍｏｄｅ］，Ｇｙ［ｍｏｄｅ］から、それぞれ所定の閾値と比較してＧｘとＧｙとが閾値よりも小さくなった場合、即ち軸ずれが補正されたと判断された場合は補正を終了し、軸ずれ補正が不十分と判断された場合は、前記アライメント制御装置１１ａに指示して繰り返し制御する。制御の方法は、例えばｍｏｄｅ毎に設定された閾値γ［ｍｏｄｅ］によって次式を満たす場合は終了と判断する。
｜Ｇｘ［ｍｏｄｅ］｜＜γ［ｍｏｄｅ］かつ｜Ｇｙ［ｍｏｄｅ］｜＜γ［ｍｏｄｅ］    （８）
本発明によれば、前記ＧｘとＧｙとをそれぞれ独立に軸ずれ補正を行なうことにより、軸ずれ補正を良好に行なうことができる。また、本発明によれば、定量化された軸ずれ量がある閾値以内に入るまで自動アライメント処理を繰り返すことで、軸ずれ量を十分に小さくすることができる。この場合において、定量化された軸ずれ量をある閾値と比較するようにして、装置の軸ずれ（アライメント）が補正されたかどうかを自動判定することができる。
【００８２】
図８に多極子による収差補正器６の構成と収差補正器６の内部を通る電子ビーム２の軌道を示す。多極子は４段の多極子からなり、それぞれ第１多極子６ａ、第２多極子６ｂ、第３多極子６ｃ、第４多極子６ｄとして示してある。通常、各段の多極子は８極子以上の多極子である。前記非特許文献１によれば、電子ビーム２は前記第１多極子により集束・発散作用を同時に受ける。
【００８３】
今、図８に示すように発散作用を受けた電子ビーム２をＸ軌道６ｅ、集束作用を受けた電子ビームをＹ軌道６ｆとする。Ｙ軌道６ｆは第２多極子６ｂの中心を通りかつ集束するように第１多極子６ａの強度が調整されている。また、Ｘ軌道６ｅは第３多極子６ｃの中心を通りかつ集束するように多極子６ｂの強度が調整されている。この際、第２多極子においては、Ｙ軌道６ｆは第２多極子６ｂの中心を通過しているため影響を受けず、Ｘ軌道６ｅのみレンズ作用を受ける。
【００８４】
同様にして、第３多極子においては、Ｘ軌道６ｅは、多極子６ｃの中心を通過しているため影響を受けず、Ｙ軌道６ｆのみレンズ作用を受ける。このように、電子ビーム２のＹ軌道６ｆは多極子６ｂの中心を通りかつ集束し、Ｘ軌道６ｅは多極子６ｃの中心を通りかつ集束しなければならない。図４は多極子の第１段目のレンズ強度を変化させた場合の電子ビームが軌道をずれた場合の説明図である。電子ビーム２は第２多極子６ｂ、第３多極子６ｃの中心を通っているが、Ｘ軌道６ｅが第３多極子の中心に集束せず、Ｙ軌道６ｆが第２の多極子の中心に集束していない場合を示す。
【００８５】
この場合、収差補正器６から出る電子ビーム２の傾きと位置が変化し、像としてぼける。さらに、電子ビーム２が各段の多極子の中心を通っていなければ、各段の多極子のレンズ強度を変化させた場合、像が移動する。電子ビーム２は、各段の多極子のうち、前記非特許文献１では４極子で制御されている。電子ビームが多極子の中心を通っていない場合、第１段の４極子の中心は、第１段の４極子場をウォブルし、図示しない収差補正器６の電子光源側の偏向器で電子ビーム２を制御して像が動かない点を探すことで見つけられる。
【００８６】
第２段の４極子中心は、第２段の４極子場をウォブルし、第１段の２極子（偏向器と同等）で電子ビーム２を制御して像が動かない点を探すことで見つけられる。同様にして第３段の４極子中心、第４段の４極子中心も探すことができる。また、収差補正器６から出た電子ビーム２を対物レンズ４の中心を通らせるために、対物レンズ強度をウォブルし、第４段の２極子で対物レンズ中心を探すことができる。本発明では、この動作を自動アライメント装置１１で行なう。例えば、第２段の４極子中心を通す場合は、図２に示す自動アライメント装置１１において、アライメント制御装置１１ａが第２段の４極子場強度をΔＶｎだけ変化させるように、収差補正制御器１０に指示する。
【００８７】
前記収差補正制御器１０は、指示された通りになるように収差補正器６を制御する。該収差補正器６が第２段の多極子場をΔＶｎだけ変化させた結果、ＳＥＭ像が移動し、そのＳＥＭ像とレンズ強度変化なしの時のＳＥＭとを前記ビーム形状抽出装置１１ｂが入力し、ビーム形状１３を算出し、軸ずれ定量化装置１１ｃが軸ずれ量を定量化し、前記フィードバック装置１１ｄが第１段の２極子に対するフィードバック量を計算して収差補正器６又は対物レンズ４に指示する。判断装置１１ｅは、前記定量化された軸ずれ量から（８）式を満たすまで補正を繰り返すようにアライメント制御装置１１ａに指示する。
【００８８】
また、Ｘ軌道は前記第３多極子の中心に集束していなければならず、また、Ｙ軌道は前記第２多極子の中心に集束していなければならない。図９に電子ビーム軌道をＸ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面で示す。図９（ａ）に示すものがＸ軌道となり、図９（ｂ）に示すものがＹ軌道となる。前記Ｙ軌道６ｆが前記第２多極子（この場合は４極子）の中心に集束するためには、多極子のＹ方向の２極子中心に電子ビーム２が集束しているか否かで判断する。即ち、第２段のＹ方向の２極子場の強度をΔＶｎだけ変化させた時、図５に示すように、Ｙ軌道６ｆが前記第２多極子（この場合は２極子）の中心に集束していれば、２極子場の大きさが変化しても１点から出た電子ビーム２は対物レンズ４によって試料５の表面の１点に集束するため、ＳＥＭ像は動かない。
【００８９】
しかしながら、前記Ｙ軌道６ｆが前記第２多極子（この場合は２極子）の中心に集束していなければ図５に示す物点１８が前記第２段の極子場の強度をΔＶｎだけ変化させた時に動いてしまい、結果としてＳＥＭ像が動く。つまり、前記第２段の２極子場の強度をΔＶｎだけ変化させてもＳＥＭ像が動かないように各段の４極子場強度又は対物レンズを調整すれば、前記Ｙ軌道６ｆが第２多極子（この場合は４極子）の中心に集束していることになる。
【００９０】
例えば、第１段の４極子場を調整することで、ＳＥＭ像を動かないようにすることができる。但し、他の４極子を使用しても同様にできる。しかし、図４に示すように、多極子は電子ビーム２に対して集束作用と発散作用とを同時にかけるため、他方の軸に影響を与えるため、最終的には全段の多極子又は対物レンズを調整しなければならない。前記Ｘ軌道６ｅを第３多極子（この場合は４極子）の中心に集束させるのも同様である。つまり、第３段の２極子場を変化させてＳＥＭ像が動かないように各段の４極子場強度又は対物レンズを調整する。
【００９１】
本発明では、この動作を前記自動アライメント装置１１で行なう。つまり、例えば前記Ｙ軌道６ｆを前記第２多極子（この場合は４極子）の中心に集束させる場合は、図２に示す自動アライメント装置１１において、アライメント制御装置１１ａが前記第２段のＹ方向の２極子場強度をΔＶｎだけ変化させるように、収差補正制御器１０に指示する。該収差補正制御器１０は、指示された通りになるように収差補正器６を制御する。該収差補正器６が前記第２段のＹ方向の２極子場強度をΔｎだけ変化させた結果、ＳＥＭ像が移動し、そのＳＥＭ像とレンズ強度変化なしの時のＳＥＭ像とをビーム形状抽出装置１１ｂが入力し、ビーム形状１３を抽出し、軸ずれ定量化装置１１ｃが軸ずれ量を定量化し、フィードバック装置１１ｄが各段の４極子又は対物レンズに対するフィードバック量を計算して、収差補正制御器１１又は対物レンズに指示する。前記判断装置１１ｅは、前記定量化された軸ずれ量から（８）式を満たすまで補正動作を繰り返すように、アライメント制御装置１１ａに指示する。
【００９２】
本発明によれば、レンズ強度をシフトした時の試料表面像を得ることができる。また、装置の軸ずれ量として、抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を用いて、重心の位置と原点との差にある定数を乗じて装置の軸ずれ量を求めることができる。また、装置の軸ずれ量として、抽出された１つ又は２つの荷電粒子ビーム形状を用いて、中心の位置と原点との差にある定数を乗じて装置の軸ずれ量を求めることができる。また、本発明によれば、得られた軸ずれ量にある定数をかけた値に応じて収差補正器又は対物レンズにフィードバックをかけることにより、収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。また、フィードバックする収差補正器のレンズ強度として、４段の多極子の各段の多極子として２極子又は４極子のものを用いて収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。
【００９３】
このように、本発明による自動アライメント装置１１は、複数のアライメントを行なうが、それをｍｏｄｅという識別数で区別すると例えば次のようになる。
【００９４】
ｍｏｄｅ＝１  電子ビームを第１段多極子中心に通す
ｍｏｄｅ＝２  電子ビームを第２段多極子中心に通す
ｍｏｄｅ＝３  電子ビームを第３段多極子中心に通す
ｍｏｄｅ＝４  電子ビームを第４段多極子中心に通す
ｍｏｄｅ＝５  電子ビームを対物レンズ中心に通す
ｍｏｄｅ＝６  Ｙ軌道を第２段多極子中心に集束させる
ｍｏｄｅ＝７  Ｘ軌道を第３段多極子中心に集束させる
ｍｏｄｅ＝１〜７のアライメントを前記アライメント制御装置１１ａは監視しており、全ての条件が満たされるまで補正が繰り返される。また、アライメントの順序は、ｍｏｄｅの数字順からしてもよいが、とくにこだわる必要はない。
【００９５】
電子ビームを各極子の中心を通す、ｍｏｄｅ＝１〜４の場合、例えばｍｏｄｅ＝１では、式（７−１），（７−２）で算出されるフィードバック量Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ＝１］，Ｖｎｙ［ｍｏｄｅ１］が収差補正器のエミッタ側に配置されてあるＸ，Ｙ偏向器にそれぞれ印加される。
【００９６】
ｍｏｄｅ＝２では、式（７−１），（７−２）で算出されるフィードバック量Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ＝２］，Ｖｎｙ［ｍｏｄｅ＝２］が収差補正器の第１段のＸ，Ｙ方向２極子にそれぞれ印加される。
【００９７】
ｍｏｄｅ＝３では、式（７−１），（７−２）で算出されるフィードバック量Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ＝３］，Ｖｎｙ［ｍｏｄｅ＝３］が収差補正器の第２段のＸ，Ｙ方向２極子にそれぞれ印加される。
【００９８】
ｍｏｄｅ＝４では、式（７−１），（７−２）で算出されるフィードバック量Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ＝４］，Ｖｎｙ［ｍｏｄｅ＝４］が収差補正器の第３段のＸ，Ｙ方向２極子にそれぞれ印加される。
【００９９】
ｍｏｄｅ＝５では、式（７−１），（７−２）で算出されるフィードバック量Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ＝５］，Ｖｎｙ［ｍｏｄｅ＝５］が収差補正器の第４段のＸ，Ｙ方向２極子にそれぞれ印加される。
【０１００】
Y軌道を第２段多極子中心に集束させる場合には、第１段、第２段、第３段の４子のレンズ強度比をＡｙ：Ｂｙ：Ｃｙに固定することで、Ｘ軌道が第３段多極子中心に集束したまま、Y軌道の集束点を第２段多極子中心近傍で移動させることができ、式（７−２）で算出されるフィードバック量Ｖｎｙ［ｍｏｄｅ＝６］をレンズ強度比Ａｙ：Ｂｙ：Ｃｙに応じて第１段、第２段、第３段の４極子に印加する。
【０１０１】
すなわち、第１段４極子にＡｙ・Ｖｎｙ、第２段４極子にＢｙ・Ｖｎｙ、第３段４極子にＣｙ・Ｖｎｙをそれぞれ印加する。
【０１０２】
前記レンズ強度比は例えば、４：−１：−１となるが、限定されるものではなく、実験的に第１段４極子場強度をＡｙだけずらした時、像が再度集束するように、第２段４極子場強度をＢｙ、第３段４極子場強度をＣｙに設定すればよい。
【０１０３】
同様にして、Ｘ軌道を第３段多極子中心に集束させる場合には、第２段、第３段、第４段の４極子のレンズ強度比をＢｘ：Ｃｘ：Ｄｘに固定することで、Ｙ軌道が第２段多極子中心に集束したまま、Ｘ軌道の集束点を第３段多極子中心近傍で移動させることができ、式（７−１）で算出されるフィードバック量Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ＝７］をレンズ強度比Ｂｘ：Ｃｘ：Ｄｘに応じて第２段、第３段、第４段の４極子に印加する。
【０１０４】
すなわち、第２段４極子にＢｘ・Ｖｎｘ、第３段４極子にＣｘ・Ｖｎｘ、第４段４極子にＤｘ・Ｖｎｘをそれぞれ印加する。
【０１０５】
前記レンズ強度比は、例えば−１：−１：４となるが、限定されるものではなく、実験的に第４段４極子場強度をＤｘだけずらした時、像が再度集束するように、第２段４極子場強度をＢｘ、第３段４極子場強度をＣｘに設定すればよい。
【０１０６】
また、Ｘ軌道を第３段多極子中心に集束させる別の方法として、第２段、第３段の４極子のレンズ強度比をＢｘ：Ｃｘに固定することで、Ｙ軌道が第２段多極子中心に集束したまま、Ｘ軌道の集束点を第３段多極子中心近傍で移動させることができ、式（７−１）で算出されるフィードバック量Ｖｎｘ［ｍｏｄｅ＝７］をレンズ強度比Ｂｘ：Ｃｘに応じて第２段、第３段の４極子に印加する。この際、試料位置でのフォーカスがずれるが対物レンズ強度を合わせることで補正できる。従って、全体として、第２段４極子、第３段４極子、対物レンズ強度をＢｘ：Ｃｘ：Ｏｘに固定してそれぞれフィードバックをかければよい。
【０１０７】
すなわち、第2段4極子にＢｘ・Ｖｎｘ、第３段４極子にＣｘ・Ｖｎｘ、対物レンズにＯｘ・Ｖｎｘをそれぞれ印加する。
【０１０８】
前記レンズ強度比は例えば、−１：１：Ｏｘとなるが、限定されるものではなく、実験的に対物レンズ強度をＯｘだけずらした時、像が再度集束するように、第２段４極子場強度をＢｘ、第３段４極子場強度をＣｘに設定すればよい。
【０１０９】
本発明によれば、使用する試料表面像として２枚、３枚、又は５枚の内の何れかの枚数を用いることで、収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。また、収差補正器のレンズ強度を所定量だけシフトした像と現在値での像を用いて収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。また、収差補正器のレンズ強度をＸ方向及びＹ方向に所定量だけシフトした像と現在値での像を用いて収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。また、４段の多極子よりなる収差補正器を用いて自動アライメントを行なうことができる。また、４段の多極子の各段の多極子として少なくとも４極子以上のものを用いて収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。更に、４段の多極子の内の各段の多極子数として、２極子、４極子、６極子、８極子のものを用いて収差補正器による自動アライメントを行なうことができる。
【０１１０】
以上、説明したように、本発明によれば、通常の操作員が収差補正器を意識せずに収差補正器のアライメントの自動補正を行なうことができる。
【０１１１】
また、本発明によれば、現在の軸ずれの大きさを定量化してあるので、前記自動アライメント装置１１の動作状態、例えば図６に示すように、ＣＲＴ１２上のＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ  Ｕｓｅｒ  Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）１５にビーム形状１３と装置の軸ずれ量の履歴を表示することで操作員を支援することができる。１４はビーム形状ＦＯＶである。この図より、Ｇｘは試行回数の増加と共に軸ずれ量が漸減しているが、Ｇｙは途中で軸ずれ量が増加し、その後減少する特性を示していることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【０１１２】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】自動アライメント装置の構成例を示す図である。
【図３】定量化の方法の説明図である。
【図４】電子ビームが軌道をずれた場合の説明図である。
【図５】電子ビームの軌道を示す図である。
【図６】本発明による表示の様子を示す図である。
【図７】従来装置の構成例を示す図である。
【図８】収差補正器の構成とその内部を通る電子ビームの軌道を示す図である。
【図９】電子ビーム軌道をＸ−Ｚ面及びＹ−Ｚ面で示す図である。
【符号の説明】
【０１１３】
１    エミッタ
２    電子ビーム
３    レンズ
４    対物レンズ
５    試料
６    収差補正器
７    二次電子
８    二次電子検出器
９    画像積算器
１０  収差補正制御器
１１  自動アライメント装置
１２  ＣＲＴ
【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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