(57)【要約】【課題】  本発明は多極子場補正方法及び装置に関するアライメント自動補正方法及び装置に関し、通常の操作員が多極子の機差を意識せずに、機械的・電気的なズレによる多極子のゆがみを補正することができる収差補正器の多極子場による多極子場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】  多極子からなる収差補正器６を搭載した装置において、荷電粒子を用いて試料表面を観察する場合において、多極子の機械的・電気的ズレによって生じる寄生２極子場と寄生４極子場を補正するため設けられた、寄生２極子場補正装置１１ａ，寄生４極子場補正装置１１ｂと、前記収差補正器のある段のＸ，Ｙ方向に多極子場を所定量ずらした時における補正値を予め記憶しておく記憶手段１２と、該記憶手段１２に記憶していた補正量を用いて寄生２極子場と寄生４極子場を補正する補正手段１１とを有して構成される。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多極子からなる収差補正器を搭載した装置において、荷電粒子を用いて試料表面を観察する場合において、多極子の機械的・電気的ズレによって生じる寄生２極子場と寄生４極子場を補正するために、寄生２極子場補正装置と寄生４極子場補正装置とを設ける工程と、
前記収差補正器のある段のＸ，Ｙ方向に多極子場を所定量ずらした時における補正値を予め記憶手段に記憶しておく工程と、
前記記憶手段に記憶していた補正値を用いて寄生２極子場と寄生４極子場による歪みを補正する工程と、
からなることを特徴とする多極子場補正方法。
【請求項２】
多極子からなる収差補正器を搭載した装置において、荷電粒子を用いて試料表面を観察する場合において、多極子の機械的・電気的ズレによって生じる寄生２極子場と寄生４極子場を補正するため設けられた、寄生２極子場補正装置，寄生４極子場補正装置と、
前記収差補正器のある段のＸ，Ｙ方向に多極子場を所定量ずらした時における補正値を予め記憶しておく記憶手段と、
該記憶手段に記憶していた補正値を用いて寄生２極子場と寄生４極子場による歪みを補正する補正手段と、
を有することを特徴とする多極子場補正装置。
【請求項３】
前記寄生２極子場及び寄生４極子場を、それぞれ多極子の中心における角度に対するフーリエ級数展開で表現したことを特徴とする請求項２記載の多極子場補正装置。
【請求項４】
フーリエ級数展開項で表現された寄生２極子場と寄生４極子場とを重畳して補正値とすることを特徴とする請求項３記載の多極子場補正装置。
【請求項５】
前記寄生２極子場は、多極子場を微小変化させた時の像移動を補正する量としたことを特徴とする請求項２記載の多極子場補正装置。
【請求項６】
前記寄生４極子場は、多極子場を微小変化させた時の像歪みを補正する量としたことを特徴とする請求項２記載の多極子場補正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は多極子場補正方法及び装置に関する。
【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２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の表面に収束させる。
【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ＣＲＴ１３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ＣＲＴ１３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】
収差補正器６は、４段の多極子（例えば１２極）から構成されている。図３は多極子の光軸に垂直な断面を示す図である。図において、６ａが極子であり、＃１〜＃１２までの１２個の極子から構成されている例を示している。１２極子は光軸を中心に角度はπ／６の位相差でそれぞれ配置されている。該１２極子は、それぞれの極子６ａに印加する電圧又は磁場の配分の仕方により、２極子場、４極子場、６極子場、８極子場を発生させることができる。また、位相をずらすことにより、それぞれの多極子場のＸ，Ｙ方向を定義して発生させることができる。
【０００５】
図４はそれぞれの多極子の等ポテンシャル分布を示す図である。（ａ）は前記２極子の等ポテンシャル分布、（ｂ）は前記４極子の等ポテンシャル分布、（ｃ）は前記６極子の等ポテンシャル分布、（ｄ）は前記８極子の等ポテンシャル分布を示す。同図に示すように、４つの異なる多極子場（更にＸ，Ｙ方向を考慮して計８つの異なる多極子場）を同時に発生させることができる。
【０００６】
これら複数の多極子場を組み合わせて、前記収差補正器６を通過する前記電子ビーム２の軌道を制御し、且つ収差の大きさを制御している。通常、前記２極子場は偏向器であり、前記多極子場のアライメントに使用される。
【０００７】
従来、これらのＸ方向及びＹ方向多極子場を発生させる極子に印加する電位又は磁位Ｖx，Ｖyは前記多極子場種別と極子番号の関数として、フーリエ級数展開して次式のように算出されている。
【０００８】
Ｖx（ｔ，ｐ）＝α（ｔ）・ｃｏｓ｛ｔ・（２π／ｎ）・ｐ｝      （１）
Ｖy（ｔ，ｐ）＝α（ｔ）・ｓｉｎ｛ｔ・（２π／ｎ）・ｐ｝      （２）
ここで、ｔは前記多極子場の種別を示す。
【０００９】
ｔ＝１：  ２極子
２：  ４極子
３：  ６極子
４：  ８極子
また、ｐは前記多極子の極子番号を示す（ｐ＝０，１，２，…ｎ−１）。ｎは極子数を示す。α（ｔ）はｔ毎に持つ定数である。
【００１０】
なお、６極子を備える電子光学系の３次光軸の像の変形を補正して、１次、２次及び３次の光軸の像の変形を補正する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００１−５１６１３９号公報
【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】
【００１１】
前述した多極子で構成される収差補正器では、複数の多極子場の中心は、機械的及び／又は電気的（以下、機械的・電気的と表記する）に若干のズレを持っているのが普通であり、また、機械的・電気的なズレによって理想的な多極子分布とならずゆがんでいるのが普通である。このような機械的・電気的なズレを持つ多極子場の大きさを変化させると、そのズレの程度に応じて、電子ビームは偏向される。
【００１２】
従来、このような時は、操作員が２極子場を制御して電子ビームの偏向を補正している。また、機械的・電気的なズレによって寄生４極子場が発生し、同様に操作員が４極子場を制御して電子ビームの歪みを補正している。しかしながら、この作業は複雑な構成の収差補正器を操作するので非常に煩雑であり、十分に収差補正器の特性を理解した操作員でないと行えないという問題がある。また、たとえ熟練した操作員でも、制御するのに多大の時間を要するという問題がある。
【００１３】
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、通常の操作員が多極子の機差を意識せずに、機械的・電気的なズレによる多極子のゆがみを補正することができる収差補正器の多極子場による多極子場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】
【００１４】
（１）請求項１記載の発明は、多極子からなる収差補正器を搭載した装置において、荷電粒子を用いて試料表面を観察する場合において、多極子の機械的・電気的ズレによって生じる寄生２極子場と寄生４極子場による歪みを補正するために、寄生２極子場補正装置と寄生４極子場補正装置とを設ける工程と、前記収差補正器のある段のＸ，Ｙ方向に多極子場を所定量ずらした時における補正値を予め記憶手段に記憶しておく工程と、前記記憶手段に記憶していた補正値を用いて寄生２極子場と寄生４極子場を補正する工程とからなることを特徴とする。
【００１５】
（２）請求項２記載の発明は、多極子からなる収差補正器を搭載した荷電粒子を用いて試料表面を観察する場合において、多極子の機械的・電気的ズレによって生じる寄生２極子場と寄生４極子場を補正するため設けられた、寄生２極子場補正装置，寄生４極子場補正装置と、前記収差補正器のある段のＸ，Ｙ方向に多極子場を所定量ずらした時における補正値を予め記憶しておく記憶手段と、該記憶手段に記憶していた補正値を用いて寄生２極子場と寄生４極子場による歪みを補正する補正手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
（３）請求項３記載の発明は、前記寄生２極子場及び寄生４極子場を、それぞれ多極子の中心における角度に対するフーリエ級数展開で表現したことを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、フーリエ級数展開項で表現された寄生２極子場と寄生４極子場とを重畳して補正値とすることを特徴とする。
【００１７】
（５）請求項５記載の発明は、前記寄生２極子場は、多極子場を微小変化させた時の像移動を補正する量としたことを特徴とする。
（６）請求項６記載の発明は、前記寄生４極子場は、多極子場を微小変化させた時の像歪みを補正する量としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
（１）請求項１記載の発明によれば、通常の操作員が多極子の機差を意識せずに、機械的・電気的なズレによる多極子のゆがみを補正することができる収差補正器の多極子場による多極子場補正方法及び装置を提供することができる。
【００１９】
（２）請求項２記載の発明によれば、通常の操作員が多極子の機差を意識せずに、機械的・電気的なズレによる多極子のゆがみを補正することができる収差補正器の多極子場による多極子場補正方法及び装置を提供することができる。
【００２０】
（３）請求項３記載の発明によれば、寄生２極子場及び寄生４極子場をフーリエ級数展開で表現することで、補正処理を適切に行なうことができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、寄生２極子場と４極子場をフーリエ級数展開項で表現することで、これら寄生２極子場と４極子場を重畳して補正値とすることができ、機械的・電気的なズレによる多極子のゆがみを補正することができる。
【００２１】
（５）請求項５記載の発明によれば、前記寄生２極子場を多極子場を微小変化させた時の像移動を補正する量とすることができ、多極子による像移動を補正することができる。
（６）請求項６記載の発明によれば、前記寄生４極子場を多極子を微小変化させた時の像歪みを補正する量とすることができ、多極子のゆがみを補正することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
図１は本発明の一実施の形態例を示す構成図である。図２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上に収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。
【００２３】
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に多極子場補正のための制御信号を与える多極子場補正装置である。該多極子場補正装置１１としては、例えばコンピュータが用いられる。多極子場補正装置１１において、１１ａは寄生２極子場補正装置、１１ｂは寄生４極子場補正装置である。つまり、多極子場補正装置１１は、寄生２極子場補正装置１１ａと寄生４極子場補正装置１１ｂとから構成されている。
【００２４】
これら寄生２極子場補正装置１１ａと寄生４極子場補正装置１１ｂは、収差補正器６を構成する多極子の機械的・電気的なズレによって生じる多極子場の寄生場を補正する。
１３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。１２はある段のＸ，Ｙ方向に多極子場を所定量ずらした時における補正値を予め記憶しておく補正値記憶部である。つまり、多極子場補正装置１１によって補正された多極子の電磁場分布を記憶しておくものである。該補正値記憶部１２は、多極子場補正装置１１と接続され、また、収差補正制御器１０と接続されている。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。
【００２５】
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、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の表面に収束させる。試料表面で前記電子ビーム２を走査し、走査と同期して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ＣＲＴ１３に画像として表示させる。前記二次電子７の検出効率は通常低いため、画像積算器９によってノイズが除去される。
【００２６】
収差補正制御器１０は、前記収差補正器６のレンズ強度を制御している。該収差補正器６の構成及び動作に関しては、前記非特許文献１に詳しく説明されている。多極子場補正装置１１は、寄生２極子場補正装置１１ａと寄生４極子場補正装置１１ｂとからなり、収差補正器６を構成する多極子の機械的・電気的なズレによって生じる多極子場の寄生場を補正する。補正値記憶部１２には、前記多極子場補正装置１１によって補正された多極子の電磁場分布を記憶しておく。以下、本発明による多極子場補正装置１１の動作を詳細に説明する。
【００２７】
前記収差補正器６の例として、前記非特許文献１に公知技術である多極子による収差補正器６が詳述されている。この収差補正器６は、４段の多極子（例えば１２極子）からなり、図３にその内の１段の中心付近の光軸に垂直な断面図を示す。これら１２極子は、１２個の極子６ａからなり、光軸を中心としてπ／６の位相差でそれぞれ配置されている。これら１２極子は、それぞれの極子６ａに印加する電圧又は磁場の配分の仕方により、２極子場、４極子場、６極子場、８極子場を発生させることができる。また、位相をずらすことにより、それぞれの多極子場のＸ,Ｙ方向を定義し、発生させることができる。
【００２８】
図４におのおのの多極子場の等ポテンシャル分布を示す。（ａ）は２極子場の等ポテンシャル分布を、（ｂ）は４極子場の等ポテンシャル分布を、（ｃ）は６極子場の等ポテンシャル分布を、（ｄ）は８極子場の等ポテンシャル分布をそれぞれ示す。図に示すように、４つの異なる多極子場（更に、Ｘ,Ｙ方向を考慮して計８つの異なる多極子場）を同時に発生させることができる。これら複数の多極子場を組み合わせて、前記収差補正器６を通過する電子ビーム２の軌道を制御し、かつ収差の大きさを制御している。通常、２極子場は偏向場であり、前記多極子場のアライメントに使用される。
【００２９】
このように、多極子で構成される収差補正器６では、複数の多極子場の中心は機械的・電気的に若干のズレを持っているのが普通であり、また、機械的・電気的なズレによって理想的な多極子分布とならずゆがんでいるのが普通である。このような機械的・電気的なズレを持つ多極子場を変化させると、そのズレの程度に応じて電子ビームは偏向される。また、機械的・電気的なズレは寄生４極子場としても現れるため、このような寄生２極子場と寄生４極子場を補正する。
【００３０】
今、６極子の寄生２極子場と寄生４極子場とを補正する方法を例に詳述する。前記収差補正器のある段のＸ方向６極子場をある値ΔＨｘだけずらすと、前記６極子が持つ機械的・電気的なズレによって像が移動し、かつ歪む。これを同じ段の２極子場で像を中心に戻し、かつ像の歪みを４極子場で補正する。この補正量を前記ΔＨｘで割って単位強度あたりの補正量に変換し、補正値記憶部１２に記憶する。同様にして、各段（１段目から４段目まで）におけるＸ及びＹ方向４極子場、６極子場、８極子場の寄生２極子場、寄生４極子場を補正する単位強度当たりの補正量を求め、補正値記憶部１２に記憶し、これらの補正量を純粋な多極子場に加えたものを例にとって新たにこの装置における多極子場とする。具体的な計算方法を以下に示す。
【００３１】
前記多極子場補正装置１１では、Ｘ方向及びＹ方向多極子場を発生させる極子に印加する電位又は磁位Ｖx,Ｖyを多極子場種別番号ｔと極子番号ｐの関数としてフーリエ級数展開して、次式のように算出する。
【００３２】
【数１】
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【００３３】
ここで、ｔは前記多極子場の種別を示す。
ｔ＝１：  ２極子
２：  ４極子
３：  ６極子
４：  ８極子
ｐは前記多極子の極子番号を示す（ｐ＝０,１,２,…１０,１１,…ｎ−１）
ｎは極子数を示す。α（ｔ）はｔ毎にもつ定数である。Ａｘ（ｔ）はＸ方向のｔ毎に持つ多極子場の大きさ、Ａｙ（ｔ）はＹ方向のｔ毎に持つ多極子場の大きさを示す。また、（３）,（４）式における（補正項）x,（補正項）yはそれぞれ次式のように表される。
（補正項）x＝（寄生２極子場補正項）x＋（寄生４極子場補正項）x    （５）
（補正項）y＝（寄生２極子場補正項）y＋（寄生４極子場補正項）y    （６）
（５）式、（６）式における（寄生２極子場補正項）x,（寄生２極子場補正項）yと（寄生４極子場補正項）x,（寄生４極子場補正項）yは、前記寄生２極子場補正装置１１ａと寄生４極子場補正装置１１ｂとでフーリエ級数展開し、次式によって算出する。
【００３４】
【数２】
2006114305.tif 000004
【００３５】
ここで、ｔx,ｔyはそれぞれＸ方向、Ｙ方向の多極子場種別を示す。Ｄx,Ｄyは、多極子場を微小印加した結果、ずれた像をもとに戻すのに必要なＸ,Ｙ方向の単位強度当たりの２極子場の大きさである。Ｑx,Ｑyは多極子場を微小印加した結果、歪んだ像を元に戻すのに必要なＸ,Ｙ方向の単位強度当たりの４極子場の大きさである。
【００３６】
このようにして、前記収差補正器６を構成する全ての段の多極子に対して（３）式〜（１０）式を算出し、補正項を加えたものを新たにその装置の多極子場とする。また、（５）式〜（１０）式で算出した補正項を前記補正値記憶部１２に記憶しておき、使用する場合は（３）式,（４）式により多極子場を計算する。（７）式,（８）式で示される（寄生２極子場補正項）x,（寄生２極子場補正項）yを（３）式,（４）式に代入することで、寄生２極子場に基づく補正項を加えた形で電位分布又は磁位分布Ｖx,Ｖyを求めることができ、また（９）,（１０）式で示される（寄生４極子場補正項）x,（寄生４極子場補正項）yを（３）式,（４）式に代入することで、寄生４極子場に基づく補正項を加えた形で電位分布又は磁位分布Ｖx,Ｖyを求めることができる。また、（３）式、（４）式の補正項として、寄生２極子場の補正項と寄生４極子場の補正項を加えたものを用いることもできる。
【００３７】
このように、本発明によれば、通常の操作員が多極子の機差を意識せずに、機械的・電気的なズレによる多極子のゆがみを補正することができる。また、本発明によれば、寄生２極子場及び寄生４極子場をフーリエ級数展開で表現することで、補正処理を適切に行なうことができる。また、寄生２極子場と４極子場をフーリエ級数展開項で表現することで、これら寄生２極子場と４極子場とを重畳して補正値とすることができ、機械的・電気的なズレによる多極子のゆがみを補正することができる。また、寄生２極子場を多極子場を微小変化させた時の像移動を補正する量とすることができ、多極子のゆがみを補正することができる。また、寄生４極子場を多極子場を多極子を微小変化させた時の像の歪みを補正する量とすることができ、多極子のゆがみを補正することができる。
【００３８】
本発明の効果を列挙すれば、以下の通りである。
１．多極子が持つ機械的・電気的なズレによって発生する寄生２極子場及び寄生４極子場を自動的に補正するため、多極子場の大きさを変えた時に像移動と像歪みが発生しなくなり、煩雑な調整が不要になる。
２．多極子場の大きさを変えた時に像移動と像歪みが発生しないため、装置の基本機能である自動焦点合わせ、自動非点合わせ等の機能が正常に動作するようになる。
３．多極子の機差を無くすことができる。
４．複雑な構成の多極子のビームアライメントが平易になる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。
【図２】従来装置の構成例を示す図である。
【図３】多極子の光軸に垂直な断面を示す図である。
【図４】それぞれの多極子の等ポテンシャル分布を示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
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  多極子場補正装置
１３  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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