(57)【要約】【課題】本発明は収差補正装置の軸調整を大まかに行なう。  【解決手段】収差補正装置４０の初段電極に複数の電圧値を印加し、その都度、収差補正装置４０における基準軌道がその中心を通過する段の電極に異なった大きさの電圧値を印加したそれぞれの時に、走査偏向器２８により電子線２１で試料１６上を走査して走査画像信号を得、各走査画像信号に基づいて画像の位置ずれ量を算出し、算出した各位置ずれ量と初段電極に供給する各電圧値に基づいて最適電圧値を算出して、収差補正装置４０の初段電極にフィードバックさせる。【選択図】図２
2008112718.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、
前記電子線を試料上に集束させる対物レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給する様にした電子線装置における自動軸調整方法。
【請求項２】
電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、
前記電子線を試料上に集束させる対物レンズ、前記集束レンズと対物レンズの間に配置された絞り、該絞りの上方に配置され、前記集束レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整と前記電子線の前記絞り上での走査を行うための集束レンズ補正用偏向レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給して電子線で前記絞り上を走査する度に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給する様にした電子線装置における自動軸調整方法。
【請求項３】
電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、
前記電子線を試料上で集束させる対物レンズ、前記対物レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整をするための対物レンズ補正用偏向レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記対物レンズにアンダーフォーカス用電気信号とオーバーフォーカス用電気信号を順次供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給する様にした電子線装置における自動軸調整方法。
【請求項４】
電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、
前記電子線を試料上に集束させる対物レンズ、前記集束レンズと対物レンズの間に配置された絞り、該絞りの上方に配置され、前記集束レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整と前記電子線の前記絞り上での走査を行うための集束レンズ補正用偏向レンズ、前記対物レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整をするための対物レンズ補正用偏向レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給して電子線で前記絞り上を走査する度に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記対物レンズ
にアンダーフォーカス用電気信号とオーバーフォーカス用電気信号を順次供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給する様にした電子線装置における自動軸調整方法。
【請求項５】
前記算出した最適信号値が基準内に収まるまで最適信号値の算出操作を繰り返すことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電子線装置の自動軸調整方法。
【請求項６】
前記繰り返し回数をオペレータが設定できる様にしたことを特徴とする請求項５記載の電子線装置の自動軸調整方法。
【請求項７】
指定した時間になると、前記軸調整操作が始まる様にしたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電子線装置の自動軸調整方法。
【請求項８】
スイッチを押すことにより前記軸調整操作が始まる様にしたことを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電子線装置の自動軸調整方法。
【請求項９】
試料に金試料を用いることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電子線装置の自動軸調整方法。
【請求項１０】
試料に円形パターン試料を用いることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電子線装置の自動軸調整方法。
【請求項１１】
試料に十字型のパターン試料を用いることを特徴とする請求項１から４の何れかに記載の電子線装置の自動軸調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は収差補正装置を搭載した電子顕微鏡等の電子線装置における自動軸調整方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査電子顕微鏡による画像取得において最も重要な要素の一つは分解能である。分解能とは、空間又は物体内で識別可能な２点間の距離を示した指標である。走査電子顕微鏡に限らず、電子顕微鏡において、分解能の向上は永遠のテーマである。分解能を向上させる方法には、対物レンズと試料との距離work  distance（Ｗ．Ｄ．）を短くするか、種々の収差を小さくするか等がある。
【０００３】
前記収差には、回折収差、球面収差、色収差がある。これらの収差の内、回折収差は開き角を大きくすることによって小さくすることが出来る。又、球面収差と色収差は、電子光学系の改良により小さくすることが出来、近年、種々の方法が開発されている。
【０００４】
例えば、電子光学系の中に収差補正装置を組み込むことによって球面収差と色収差を小さくする(補正する)技術が提案され、実用化されつつある。この様な収差補正装置は、色収差を静電型４極子レンズと磁場型４極子レンズで補正し、球面収差を４段の静電型８極子レンズで補正する方法が提案されている。この収差補正の原理については、例えば、非特許文献１から３に詳しく記載されている。
【０００５】
又、収差補正装置として、４段の静電型４極子レンズと、該４段の静電型４極子レンズの中央の２段の静電型４極子レンズの電位分布と相似な磁位分布を重畳させる２段の磁場型４極子レンズと、前記４段の静電型４極子レンズの電位分布に８極子電位を重畳させる４段の静電型８極子レンズにより構成されたものが知られている（例えば特許文献１）。
【０００６】
ここで、収差補正装置の一概略例について説明する。図１は収差補正装置を備えた電子線装置の電子光学系の一部を示したものである。
【０００７】
図中４０は収差補正装置で、例えば、４段の静電型４極子レンズ１，２，３，４と、この４段の静電型４極子レンズの中央の２段の静電型４極子レンズ２，３が形成する電位分布に相似な磁位分布を重畳する２段の磁場型４極子レンズ５，６と、前記４段の静電型４極子レンズの電位分布に８極子電位を重畳させる４段の静電型８極子レンズ７，８，９，１０、前記４段の静電型４極子レンズの電位分布に２極子電位を重畳させる４段の静電型２極子レンズ１１，１２，１３，１４とから成る。
【０００８】
１５は前記収差補正装置４０を通過した電子線を試料１６上に集束させる対物レンズである。
【０００９】
尚、図中ＲｘはＸ方向基準軌道，ＲｙはＹ方向基準軌道で、共に近軸軌道（収差が無い時の軌道）として、前記４極子レンズ１によってＹ方向基準軌道Ｒｙが前記４極子レンズ２の中心を通り、前記４極子レンズ２によってＸ方向基準軌道Ｒｘが前記４極子レンズ３の中心を通り、最後に前記４極子レンズ３，４と対物レンズ１５によって試料１６上に集束される電子線の軌道である。
【００１０】
このような収差補正装置によって、球面収差、色収差は次の様にして補正される。
【００１１】
色収差の補正は、前記基準軌道を変えないように前記静電型４極子レンズ２の電位Ｖ2と前記磁場型４極子レンズ５の励磁Ｂ2を調整してレンズ系全体としてＸ方向の色収差を０に補正し、同様に基準軌道を変えないように前記静電型４極子レンズ３の電位Ｖ3と前記磁場型４極子レンズ６の励磁Ｂ3を調整してレンズ系全体としてＹ方向の色収差を０に補正することにより行う。
【００１２】
球面収差の補正は、前記色収差補正後、前記静電型８極子レンズ８の電位Ｖ2によって、レンズ系全体としてＸ方向の球面収差を０に補正し、前記静電型８極子レンズ９の電位Ｖ3によってＹ方向の球面収差を０に補正し、Ｘ，Ｙが合成された方向の球面収差を前記静電型８極子レンズ７，１０で０に補正することによって行う。尚、上記の操作は、繰り返し実行することにより精度を向上させることができる。
【００１３】
【非特許文献１】H.Rose,Optik 33,Heft 1,1-24(1971)
【非特許文献２】J.Zach,Optic 83,No.1,30-40(1989)
【非特許文献３】J.Zach and M.Haider,Nucl.Instr. and Meth.In Phys.A 363,216-325(1995)
【特許文献１】特開２００３−１５７７８５号（段落００２３〜００２７、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
さて、電子線を前記試料１６上に確実に集束させるために、前記Ｘ方向，Ｙ方向基準軌道の相互調整が必要であり、そのために収差補正装置全体の軸調整が必要となる。しかし、オペレータによるこの様な軸調整は個人差に左右されてしまう。
【００１５】
又、この様な軸調整は常時行われないので、高分解能の画像を得るまでに相当の時間を要す。
【００１６】
又、この様な収差補正装置の軸調整は複雑であり、調整に失敗することが多い。
【００１７】
本発明はこのような問題を解決するものであって、微調整の前に大まかに収差補正装置の軸調整を自動で行なう様にした電子線装置における自動軸調整方法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】
【００１８】
本発明の電子線装置における自動軸調整方法は、電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、前記電子線を試料上に集束させる対物レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給する様にしたことを特徴とする。
【００１９】
本発明の電子線装置における自動軸調整方法は、電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、前記電子線を試料上に集束させる対物レンズ、前記集束レンズと対物レンズの間に配置された絞り、該絞りの上方に配置され、前記集束レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整と前記電子線の前記絞り上での走査を行うための集束レンズ補正用偏向レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給して電子線で前記絞り上を走査する度に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給する様にしたことを特徴とする。
本発明の電子線装置における自動軸調整方法は、電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、前記電子線を試料上で集束させる対物レンズ、前記対物レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整をするための対物レンズ補正用偏向レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記対物レンズにアンダーフォーカス用電気信号とオーバーフォーカス用電気信号を順次供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給する様にしたことを特徴とする。
【００２０】
本発明の電子線装置における自動軸調整方法は、電子線を発生する電子線源、該電子線源からの電子線を集束する集束レンズ、前記電子線を試料上に集束させる対物レンズ、前記集束レンズと対物レンズの間に配置された絞り、該絞りの上方に配置され、前記集束レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整と前記電子線の前記絞り上での走査を行うための集束レンズ補正用偏向レンズ、前記対物レンズ中心軸に対する電子線光軸の調整をするための対物レンズ補正用偏向レンズ、前記電子線で試料上を走査させる偏向レンズ、電界型若しくは磁界型の多極子レンズと、電磁界複合型の多極子レンズとを組み合わせて複数段成し、前記電子線の収差を補正するための収差補正手段、前記各レンズに電気信号を供給する制御電源、前記走査により前記試料から発生した電子を検出する検出手段、該検出手段からの出力信号を走査画像データとして記憶する記憶手段、前記走査画像データに基づく画像の位置ずれを算出する位置ずれ算出手段、及び、該算出された位置ずれに基づいて前記収差補正装置おける電子線の軌道が基準軌道に一致する様な最適電気信号値を算出し、該算出値に基づく電気信号が前記収差補正手段の第１段目の多極子レンズに供給される様に前記制御電源に指令を送る制御手段を備え、前記第１段目の多極子レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記基準軌道がその中心を通過する段の多極子レンズに異なった強度の電気信号を供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記第１段目の多極子レンズに供給される各電気信号と前記算出された位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出し、該最適電気信号値を前記第１段目の多極子レンズに供給し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給して電子線で前記絞り上を走査する度に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記集束レンズ補正用偏向レンズに供給し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに互いに異なった複数の電気信号を順次供給する度に、前記対物レンズにアンダーフォーカス用電気信号とオーバーフォーカス用電気信号を順次供給したそれぞれの時に得られた走査画像データから画像の位置ずれを算出し、前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給される各電気信号と前記算出された各位置ずれに基づいて最適電気信号値を算出して前記対物レンズ補正用偏向レンズに供給する様にしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、収差補正装置の軸調整を自動的に行うことが出来るようになったので、オペレータの習熟度に依存しないで、収差補正装置の軸調整を行なうことができるようになった。
【００２２】
又、自動的に（簡単に）収差補正装置の軸調整を行うことが出来るようになったので、収差補正装置の軸調整に失敗することも少なくなった。
【００２３】
又、自動軸調整なので、収差補正装置の軸調整が日常的に行うことが出来るようになり、短時間に高分解能の画像を得ることが出来るようになった。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、図面に従って本発明の実施の形態例を説明する。
【００２５】
図２は収差補正装置を搭載した走査電子顕微鏡の１概略例を示す。図中、前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００２６】
図２において、２０は電子線２１を発生する電子銃である。
【００２７】
２２は上段集束レンズ、２３は下段集束レンズで、共に、前記電子銃２０からの電子線を対物絞り２４上に集束させるものである。
【００２８】
２５は上段集束レンズ補正偏向レンズ、２６は下段集束レンズ補正偏向レンズで、共に、前記上段集束レンズ２２と下段集束レンズ２３の間に配置され、電子線２１の光軸調整と、前記対物絞り２４上での電子線走査に寄与する。
【００２９】
２７は開き角制御レンズで、前記対物絞り２４とで試料１６上に入射する電子プローブの開き角を制御する。
【００３０】
２８は走査偏向レンズで、前記試料１６上に集束した電子線で該試料上を走査させるものである。
【００３１】
２９は対物レンズ補正偏向レンズで、前記対物レンズ１５での電子線光軸（電子線中心軸）を調整する。
【００３２】
３０は電子線２１の走査により前記試料１６から放出される２次電子又は反射電子を検出する検出器、３１はアンプである。
【００３３】
３２は前記検出器３０からの信号を画像信号として記憶する画像メモリ、３３は前記画像メモリ３２から画像データを読み出して所定の画像処理や位置ずれ量の算出を行う画像処理装置、３４は各種指令、演算及び数値の記憶等を行う制御コンピュータ、３５は該制御コンピュータからの指令に基づいて、前記各レンズへ適宜電圧若しくは電流を供給するレンズ制御電源である。
【００３４】
このように構成された走査電子顕微鏡において、電子銃２０から発生された電子線２１は、上段集束レンズ２２と下段集束レンズ２３によって対物絞り２４上に集束され、該対物絞りを通過した電子線は、開き角制御レンズ２７、収差補正装置４０を通過して、対物レンズ１５により試料１６上に集束される。
この様な状態において、先ず、前記集束レンズ２２，２３の軸調整を行う。この軸調整はＣＬシフトの軸調整とＣＬチルトの軸調整と呼ばれるものから成る。
【００３５】
先ず、ＣＬシフトの軸調整について説明する。ＣＬシフトの軸調整では電子線２１の中心が前記対物絞り２４の中心を通るように以下の調整を行なう。
【００３６】
前記制御コンピュータ３４の内蔵メモリに記憶されている複数のＣＬシフト値（偏向値）が、該制御コンピュータ指令により、順次、レンズ制御電源３５から前記集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６に供給される。すると、対物絞り２４上に集束した電子線は該対物絞り上を、順次、走査する。
該各走査により前記試料１６から放出された２次電子（又は反射電子）は検出器３０で検出され、該各検出信号は画像信号として、順次、画像メモリ３２に記憶される。尚、該画像信号が表す画像はアライメントパターン画像であり、以降、ＡＬＰ画像と称す（図３）。尚、ＡＬＰ画像中、特定像をＡＬＰ像（図３では中心部の像）と称す。
【００３７】
前記各ＡＬＰ画像信号は画像処理装置３３に読み込まれ、該画像処理装置は該各ＡＬＰ画像信号に基づいて各ＡＬＰ像の輝度重心の座標値を算出する。
【００３８】
前記画像メモリ３２には、予め、前記対物絞り２４の中心と電子線の中心軸が一致している時に得られるＡＬＰ像の輝度重心の座標値が、ＡＬＰ像（基準ＡＬＰ像）の基準輝度重心の座標値として記憶されており、この基準輝度重心の座標値が前記画像処理装置３３に読み込まれる。
【００３９】
該画像処理装置は各算出された前記ＡＬＰ像（図４のＡｉ）の輝度重心（図４のＱｉ）の座標値と基準輝度重心（図４のＡＬＰ像Ａ0のＱ0）の座標値に基づいて前記両重心位置間の距離を順次算出する。この算出された各値が各ＣＬシフト値に対する位置ずれ量となる。
【００４０】
前記算出された各位置ずれ量は前記制御コンピュータ３４に送られ、該制御コンピュータは各ＣＬシフト値と算出した各位置ずれ量の関係からＣＬシフト値の最適値を算出する。
【００４１】
図５はＣＬシフト値と位置ずれ量の関係を示しており、横軸はＣＬシフト値、縦軸は位置ずれ量を示している。
【００４２】
前記各ＣＬシフト値に対して算出された各位置ずれ量をプロットし、各プロット点を繋ぐと、図に示す様に直線となる。該直線は、例えばｙ＝０．１２０６ｘ＋３６．９２９のような一次関数で表すことができる。
【００４３】
ＣＬシフトによる軸調整は電子線２１が前記対物絞り２４の中心を通るように調整することであり、位置ずれ量が０の時に電子線２１が前記対物絞り２４の中心を通るので、前記一次関数ｙ＝０．１２０６ｘ＋３６．９２９において、ｙが０の時のｘの値（−３０６）が、ＣＬシフト値の最適値となる。
【００４４】
次に、この様にして算出されたＣＬシフト値の最適値は前記制御コンピュータから前記レンズ制御電源３５に送られ、該レンズ制御電源は前記最適値に基づく励磁電流を前記集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６に供給する。
【００４５】
尚、実際にはＣＬシフト値はＸ方向の値とＹ方向の値があり、ＣＬシフトの最適値は両方向について求め、求めたＸ方向の最適値を前記集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６のＸ方向偏向レンズに、求めたＹ方向の最適値を前記集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６のＹ方向偏向レンズに供給しなければならないが、方向が異なるだけで動作そのものは変わらないので、説明の便宜上、方向成分を示さず説明した。
【００４６】
この様にして、ＣＬシフトの軸調整が終了する。
【００４７】
次に、ＣＬチルトの軸調整について説明する。ＣＬチルトの軸調整では電子線２１光軸を前記下段集束レンズ２３の光軸に合わせる（電子線２１を前記下段集束レンズ２３の中心を通るように調整する）ように以下の調整を行なう。
【００４８】
前記制御コンピュータ３４の内蔵メモリに記憶されている複数のＣＬチルト値（偏向値）が、該制御コンピュータの指令により、順次、前記レンズ制御電源３５から前記集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６に送られる。
この各ＣＬチルト値の供給の都度、次のａ〜ｃの操作が行われる。
ａ．前記制御コンピュータ３４の指令により前記レンズ制御電源３５は前記下段集束レンズ２３に強励磁電流を送る。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第１走査画像信号として画像メモリ３２に記憶する。
ｂ．前記制御コンピュータ３４の指令により前記レンズ制御電源３５は前記下段集束レンズ２３に弱励磁電流を送る。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第２走査画像信号として前記画像メモリ３２に記憶する。
ｃ．前記画像処理装置３３は前記画像メモリ３２から前記第１，第２走査画像信号を読み込み、走査画像中の共通パターンの位置ずれ量を算出する。
【００４９】
次に、算出された各位置ずれ量は前記制御コンピュータ３４に送られ、該制御コンピュータは前記各ＣＬチルト値と前記算出した各位置ずれ量に基づいてＣＬチルト値の最適値を算出する。該最適値の算出をもう少し詳細に説明する。
【００５０】
図６はＣＬチルト値と位置ずれの関係を示しており、横軸はＣＬチルト値、縦軸は位置ずれ量を示している。
前記各ＣＬチルト値に対して算出された各位置ずれ量をプロットし、各プロット点を繋ぐと、図に示す様に、直線となる。該直線は一次関数で表される。即ち、位置ずれ量はＣＬチルト値の一次関数と見ることが出来る。
【００５１】
ＣＬチルトによる軸調整は電子線２１を前記下段集束レンズ２３の中心を通るように調整することであり、位置ずれ量が０の時、電子線２１を前記下段集束レンズ２３の中心を通るので、図６のＧ点において位置ずれ量が０になるので、その時のＣＬチルト値が最適値となる。
【００５２】
次に、この様にして算出されたＣＬチルト値の最適値は前記制御コンピュータ３４から前記レンズ制御電源３５に送られ、該レンズ制御電源は前記最適値に基づく励磁電流を集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６に供給する。この様にして、ＣＬチルトの軸調整が終了する。
【００５３】
尚、実際にはＣＬチルト値はＸ方向の値とＹ方向の値があり、ＣＬチルトの最適値は両方向について求め、求めたＸ方向の最適値を前記集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６のＸ方向偏向レンズに、求めたＹ方向の最適値を前記集束レンズ補正偏向レンズ２５，２６のＹ方向偏向レンズに供給しなければならないが、方向が異なるだけで動作そのものは変わらないので、説明の便宜上、方向成分を示さず説明した。
以上、ＣＬシフトの軸調整とＣＬチルトの軸調整の終了により、集束レンズ２２，２３の軸調整は完了する。次に、収差補正装置４０の軸調整について説明する。
【００５４】
収差補正装置４０の軸調整は、電子線２１のＸ軌道の中心を、該収差補正装置の３段目静電型４極子レンズ３の中心に合わせる調整と、電子線２１のＹ軌道の中心を、収差補正装置４０の２段目静電型４極子レンズ２の中心に合わせる調整から成る。先ず、Ｘ軌道の軸調整について以下に説明する。
【００５５】
前記制御コンピュータ３４の内蔵メモリに記憶されている複数の電圧値が、該制御コンピュータの指令により、順次、前記レンズ制御電源から１段目静電型２極子１１のＸ方向電極に印加される。
この各電圧の印加の都度、次のａ〜ｃの操作が行われる。
ａ．前記制御コンピュータ３４の指令により、前記レンズ制御電源３５から３段目静電型４極子レンズ３のＹ方向電極に高電圧が印加される。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線２１で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第１走査画像信号として前記画像メモリ３２に記憶する。
ｂ．前記制御コンピュータ３４の指令により、前記レンズ制御電源３５から３段目静電型４極子レンズ３のＹ方向電極に低電圧が印加される。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線２１で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第２走査画像信号として前記画像メモリ３２に記憶する。
ｃ．前記画像処理装置３３は前記画像メモリ３２から前記第１，第２走査画像信号を読み込み、走査画像中の共通パターンの位置ずれ量を算出する。
【００５６】
尚、前記ａ，ｂの操作において、３段目静電型４極子レンズ３に高電圧，低電圧を印加する場合に、Ｙ方向電極に印加するのは、該３段目静電型４極子レンズ３のＸ方向電極とＹ方向電極で囲まれた空間における電子ビームの断面形状を見ると、Ｘ方向電極方向に伸びており、該電子ビームは該Ｘ方向電極の電界に比べＹ方向電極の電界の方により敏感に動くからである。
【００５７】
次に、算出された各位置ずれ量は前記制御コンピュータ３４に送られ、該制御コンピュータは前記各電圧値と前記各位置ずれ量に基づいて前記１段目静電型２極子レンズ１１のＸ方向電極に印加する最適値を算出する。該最適値の算出をもう少し詳細に説明する。
【００５８】
図７は、前記１段目静電型２極子レンズ１１のＸ方向電極への印加電圧と位置ずれの関係を示しており、横軸は印加電圧値、縦軸は位置ずれ量を示している。
【００５９】
各印加電圧値に対して算出された各位置ずれ量をプロットし、各プロット点を繋ぐと図に示す様に直線となる。該直線は一次関数で表される。即ち、位置ずれ量は印加電圧値の一次関数と見ることが出来きる。
この位置ずれ量が０の時、電子線２１のＸ軌道の中心が前記収差補正装置４０の３段目静電型４極子レンズ３の中心に合うので、位置ずれ量が０となるＨ点の電圧値が前記１段目静電型２極子レンズ１１のＸ方向電極への最適値として算出される。
【００６０】
次に、この様にして算出された最適値は前記制御コンピュータ３４から前記レンズ制御電源３５に送られ、該レンズ制御電源は送られてきた前記最適値に基づく電圧信号（偏向信号）を前記１段目静電型２極子レンズ１１のＸ方向電極に供給する。次に、Ｙ軌道の軸調整について以下に説明する。
【００６１】
前記制御コンピュータ３４の内蔵メモリに記憶されている複数の電圧値が、該制御コンピュータの指令により、順次、前記レンズ制御電源３５から１段目静電型２極子レンズ１１のＹ方向電極に印加される。
この各電圧の印加の都度、次のａ〜ｃの操作が行われる。
ａ．前記制御コンピュータ３４の指令により、前記レンズ制御電源３５から２段目静電型４極子レンズ２のＹ方向電極に高電圧が印加される。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線２１で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第１走査画像信号として前記画像メモリ３２に記憶する。
ｂ．前記制御コンピュータ３４の指令により、前記レンズ制御電源３５から２段目静電型４極子レンズ２のＹ方向電極に低電圧が印加される。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線２１で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第２走査画像信号として前記画像メモリ３２に記憶する。
ｃ．前記画像処理装置３３は前記画像メモリ３２から前記第１，第２走査画像信号を読み込み、走査画像中の共通パターンの位置ずれ量を算出する。
【００６２】
尚、前記ａ，ｂの操作において、２段目静電型４極子レンズ２に高電圧，低電圧を印加する場合に、Ｙ方向電極に印加するのは、該２段目静電型４極子レンズ２のＸ方向電極とＹ方向電極で囲まれた空間における電子ビームの断面形状を見ると、Ｘ方向電極方向に伸びており、該電子ビームは該Ｘ方向電極の電界に比べＹ方向電極の電界の方により敏感に動くからである。
【００６３】
次に、算出された各位置ずれ量は前記制御コンピュータ３４に送られ、該制御コンピュータは前記各電圧値と前記各位置ずれ量に基づいて前記１段目静電型２極子レンズ１１のＹ方向電極に印加する最適値を算出する。
【００６４】
尚、該最適値の算出の詳細は、前記Ｘ軌道の軸調整の場合と同様に説明出来るので省略する。
【００６５】
次に、この様にして算出された最適値は前記制御コンピュータ３４から前記レンズ制御電源３５に送られ、該レンズ制御電源は送られてきた前記最適値に基づく電圧信号（偏向信号）を前記１段目静電型２極子レンズ１１のＹ方向電極に供給する。
【００６６】
以上説明したＸ軌道とＹ軌道の軸合わせを行うことにより、前記収差補正装置４０の軸調整は終了する。次に、対物レンズ１５の軸調整について説明する。
【００６７】
前記制御コンピュータ３４の内蔵メモリに記憶されている複数の強度値（励磁電流値）が該制御コンピュータの指令により、順次、前記レンズ制御電源３５から対物レンズ補正偏向レンズ２９に供給される。  
この各励磁電流値の供給の都度、次のａ〜ｃの操作が行われる。
ａ．前記制御コンピュータ３４の指令により、電子線が前記試料１６上でアンダーフォーカス状態になる様な強度の励磁電流を前記レンズ制御電源３５から前記対物レンズ１５に供給する。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線２１で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第１走査画像信号として前記画像メモリ３２に記憶する。
ｂ．前記制御コンピュータ３４の指令により、電子線が前記試料１６上でオーバーフォーカス状態になる様な強度の励磁電流を前記レンズ制御電源３５から前記対物レンズ１５に供給する。そして、前記走査偏向レンズ２８により電子線２１で前記試料１６上を走査し、該走査により該試料から発生した二次電子を前記検出器３０で検出し、該検出信号を第２走査画像信号として前記画像メモリ３２に記憶する。
ｃ．前記画像処理装置３３は前記画像メモリ３２から前記第１，第２走査画像信号読み込み、走査画像中の共通パターンの位置ずれ量を算出する。
【００６８】
尚、上記の操作において、前記対物レンズ補正偏向レンズ２９に供給される各励磁電流値を、例えば、（ｕ１，ｖ１），（ｕ２，ｖ２），（ｕ３，ｖ３）とすれば（ｕ１，ｕ２，ｕ３：Ｘ方向励磁電流値、ｖ１，ｖ２，ｖ３：Ｙ方向励磁電流値）、各励磁電流値についてそれぞれ、アンダーフォーカス画像信号とオーバーフォーカス画像信号が得られるので、合計６個の走査画像信号が得られることになる。
【００６９】
前記画像処理装置３３は、前記画像メモリ３２から読み込んだ各励磁電流値（ｕ１，ｖ１），（ｕ２，ｖ２），（ｕ３，ｖ３）各々について得られたアンダーフォーカス走査画像信号とオーバーフォーカス走査画像信号から画像中の共通パターンの位置ずれ量を計算する。即ち、各励磁電流値毎に、アンダーフォーカス画像とオーバーフォーカス画像の共通パターンの位置ずれ量（Δｘ１，Δｙ１），（Δｘ２，Δｙ２），（Δｘ３，Δｙ３）を求める。尚、この様な位置ずれ量の算出は、一般的な画像相関（例えばパターンマッチング）などの画像処理方法で高精度に算出することが出来る。
【００７０】
次に、前記制御コンピュータ３４は各対物レンズ補正偏向レンズ２９への各励磁電流値と各位置ずれ量に基づいて、（１）式に従って、該対物レンズ補正偏向レンズ２９への励磁電流の最適値を算出する。
【００７１】
【数１】
2008112718.tif 000003
【００７２】
（１）式は座標変換手法の一つのアフィン変換式で、ｕ，ｖは前記対物レンズ補正偏向レンズ２９の励磁電流、Δｘ，Δｙは該励磁電流ｕ，ｖにおける位置ずれ量、ａ〜ｆは座標変換パラメータである。
【００７３】
ここで、未知数ａ〜ｆは、前記（１）式に、前記（ｕ１，ｖ１），（ｕ２，ｖ２），（ｕ３，ｖ３）及び（Δｘ１，Δｙ１），（Δｘ２，Δｙ２），（Δｘ３，Δｙ３）を代入することにより得られる連立方程式（６つの式）から算出することが出来る。
該算出されたａ〜ｆの値を前記（１）式に代入する。
【００７４】
前記対物レンズ補正偏向レンズ２９の最適励磁電流値は、アンダーフォーカス像とオーバーフォーカス像の位置ずれ量を０とする電流値なので、（１）式でΔｘ，Δｙを０とした時のｕ，ｖの値、即ち、ｃ，ｆである。尚、ｃは前記対物レンズ補正偏向レンズ２９のＸ方向の最適励磁電流値、ｆはＹ方向の最適励磁電流値に対応する。
【００７５】
次に、この様にして求められた最適値（ｃ，ｆ）は前記制御コンピュータ３４から前記レンズ制御電源３５に送られ、該制御電源は送られてきた最適値に対応する励磁電流値を前記対物レンズ補正偏向レンズ２９に供給する。この結果、電子線の中心軸と前記対物レンズ１５の中心軸が一致する。
【００７６】
以上の操作により、対物レンズ１５の軸の補正が完了する。
【００７７】
尚、上記一連の軸調整方法は、初期条件さえ設定しておけば、ボタンを押すだけで、全て自動で行なうことが出来る。
【００７８】
又、設定時刻になると自動的に上記一連の軸調整が始まる様にすることも出来る。
【００７９】
又、上記軸調整方法の実行時間は、ほとんど走査画像取得にかかる時間であり、あとの操作にはあまり時間がかからないので、高速で実行することが出来る。
【００８０】
又、前記収差補正装置の軸調整は、大まかに自動的に出来る様になり、それにより、微調整を含めた本調整の成功率が向上し、より高精度に軸調整をすることができる。
【００８１】
又、一連の収差補正装置の自動軸調整方法に対し、軸調整の精度を向上させるには、各偏向レンズ等の軸調整を複数回続けて実行させる。これは、オペレータが装置の操作部（図示せず）から設定することができる。
【００８２】
又、オペレータが設定した時刻になると自動的に軸調整を実行することができる。更に、本自動軸調整用のボタンを押すと、自動的に何回でも軸調整を行なうことができる。
【００８３】
又、前記自動軸調整において、オペレータが設定した間隔（時間）で軸調整が行われる様にしても良い。軸調整の時間短縮が図れる。
【００８４】
又、試料に金の試料を用いることで、収差補正装置の軸調整時のパターンマッチングの成功率を上げるが出来る。又、前記共通パターンとして円形パターンを用いることで、収差補正装置の軸調整時のパターンマッチングの成功率を上げることも出来る。
【００８５】
又、試料に十字型パターンを用いることで、収差補正装置の軸調整時のパターンマッチングの成功率を上げることも出来る。
【００８６】
前記例では、本発明を収差補正装置を搭載した走査電子顕微鏡に適用した場合を例にとった。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、例えば半導体描画パターンや半導体の欠陥を検査する半導体検査システムにも同様に用することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【００８７】
【図１】収差補正装置の一概略例を示す。
【図２】収差補正装置を搭載した走査電子顕微鏡の一概略例を示す。
【図３】走査画像例を示す。
【図４】ＣＬシフトの軸調整の説明に使用した図である。
【図５】ＣＬシフトの軸調整の説明に使用した図である。
【図６】ＣＬチルトの軸調整の説明に使用した図である。
【図７】収差補正装置の軸調整の説明に使用した図である。
【符号の説明】
【００８８】
１，２，３，４…静電型４極子レンズ
５，６…磁場型４極子レンズ
７，８，９，１０…静電型８極子レンズ
１１，１２，１３，１４…静電型２極子レンズ
１５…対物レンズ
１６…試料
２０…電子銃
２１…電子線
２２…上段集束レンズ
２３…下段集束レンズ
２４…対物絞り
２５…上段集束レンズ補正偏向レンズ
２６…下段集束レンズ補正偏向レンズ
２７…開き角制御レンズ
２８…走査偏向レンズ
２９…対物レンズ補正偏向レンズ
３０…検出器
３１…アンプ
３２…画像メモリ
３３…画像処理装置
３４…制御コンピュータ
３５…制御電源
４０…収差補正装置
【図１】
2008112718.tif 000004
【図２】
2008112718.tif 000005
【図３】
2008112718.tif 000006
【図４】
2008112718.tif 000007
【図５】
2008112718.tif 000008
【図６】
2008112718.tif 000009
【図７】
2008112718.tif 000010