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1. WO2020115876 - DISPOSITIF À FAISCEAU DE PARTICULES CHARGÉES

Document

明 細 書

発明の名称 荷電粒子線装置

技術分野

0001  

背景技術

0002  

先行技術文献

特許文献

0003  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0004   0005   0006  

課題を解決するための手段

0007  

発明の効果

0008  

図面の簡単な説明

0009  

発明を実施するための形態

0010   0011   0012   0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022   0023   0024   0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064  

符号の説明

0065  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12   13   14   15   16   17  

明 細 書

発明の名称 : 荷電粒子線装置

技術分野

[0001]
 本発明は、荷電粒子線装置に関する。

背景技術

[0002]
 荷電粒子線装置を用いた試料の観察や分析などの処理中に、試料が帯電することにより二次荷電粒子像の明るさの変動や歪みを引き起こすことが知られている。帯電抑制技術として、荷電粒子線の照射領域に光等の電磁波を照射する方法が挙げられる。例えば特許文献1は、『電子光学系の動作モードに紫外線照射発生による光電子結像モードを追加した上、紫外線の照射領域を光電子像として表示し、光電子像と反射電子像とをモニタ上に重ねて表示することにより、相互の位置関係と大きさの差を容易に把握できるようにした。』という技術を記載している(要約参照)。

先行技術文献

特許文献

[0003]
特許文献1 : 特開2009-004114号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0004]
 荷電粒子線と光を試料に対して照射する荷電粒子線装置においては、光の照射領域を特定する手段が必要である。両者の照射位置が互いにずれていると、例えば光照射によって帯電を抑制する場合においては、帯電が除去されていない領域が残る可能性があるからである。
[0005]
 特許文献1においては、反射電子を結像する機構を利用して光電子を結像することにより、光の照射領域を特定する。これに対して、例えば走査電子顕微鏡などのように反射電子を用いない検査装置を用いる場合、特許文献1記載の手法を採用するためには、反射電子を結像する機構を別途設ける必要がある。換言すると特許文献1においては、反射電子を結像する機構を備えていない検査装置を用いる場合については考慮されていない。
[0006]
 本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、反射電子を結像する機構を備えていない場合において、試料に対する光の照射位置を特定することができる荷電粒子線装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

[0007]
 本発明に係る荷電粒子線装置は、一次荷電粒子線のみを照射しているとき取得した第1観察画像と、前記一次荷電粒子線に加えて光を照射しているとき取得した第2観察画像との間の差分に基づき、前記一次荷電粒子線の照射位置と前記光の照射位置が合致しているか否かを判定する。また、前記第1観察画像と光量計測器による計測結果とを用いて、前記一次荷電粒子線の照射位置と前記光の照射位置が合致しているか否かを判定する。

発明の効果

[0008]
 本発明に係る荷電粒子線装置によれば、反射電子を結像する機構を備えていない場合において、試料に対する光の照射位置を特定することができる。これにより、反射電子を結像するために新たな機構を設けることなく、一次荷電粒子線の照射位置と光の照射位置を合致させることができる。

図面の簡単な説明

[0009]
[図1] 実施形態1に係る荷電粒子線装置100の構成図である。
[図2] 位置調整用試料10の構造例を示す。
[図3] 荷電粒子線装置100の動作原理を示す。
[図4] 画像処理部14が二次電子信号に基づき取得した二次電子画像の例である。
[図5] 荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。
[図6] ユーザが光照射位置を調整するために用いるGUIの例を示す図である。
[図7] 実施形態2に係る荷電粒子線装置100の構成図である。
[図8] 試料ステージ6周辺の拡大図である。
[図9] 実施形態2における荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。
[図10] 照射位置を調整する過程を説明するイメージ図である。
[図11] 実施形態3に係る荷電粒子線装置100が備える可動絞り板29の構成を示す図である。
[図12] 実施形態3における荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。
[図13] 可動絞り板29に代えて遮光板30を備える構成例を示す。
[図14] 電子線照射領域23を絞り穴25の中心に合わせるときの操作画面である。
[図15] 絞り穴25を通過した光の光量を測定しながら光軸を調整する際の操作画面である。
[図16] 実施形態4に係る荷電粒子線装置100の構成図である。
[図17] 実施形態4における荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。

発明を実施するための形態

[0010]
<実施の形態1>
 図1は、本発明の実施形態1に係る荷電粒子線装置100の構成図である。荷電粒子線装置100は、電子光学系、光照射系、画像生成系を備える。電子光学系は、真空チャンバ12内に配置された、電子源1、偏向器2、電子レンズ3、試料4、試料ホルダ5、試料ステージ6、二次電子検出器7によって構成されている。光照射系は、光源8、調整機構9、位置調整用試料10によって構成されている。画像生成系は、制御部13、画像処理部14、画像表示部15によって構成されている。
[0011]
 電子源1から放出された一次電子線は偏向器2により偏向され、電子レンズ3によって収束され、試料ステージ6に搭載された位置調整用試料10上で走査される。一次電子線が位置調整用試料10に照射されると、位置調整用試料10から二次電子が放出され、二次電子検出器7はこれを検出する。制御部13は、電子線の走査信号と同期して二次電子信号を検出する。画像処理部14は、二次電子画像を生成し、画像表示部15は二次電子画像を表示する。
[0012]
 光源8から発振した光は、調整機構9(例えばミラーやレンズ)によって照射位置を調整され、試料4に対して照射される。照射光としては、X線~赤外線の波長領域を使用する。光源8としては、単一波長のものを用いてもよいし、必要な波長範囲を含む光源の特定波長を選択するか、高調波発生などによって波長を変換したものでもよい。
[0013]
 使用する光のエネルギーとしては、試料内にキャリアを発生させるために測定試料のバンドギャップエネルギーを越える波長域のものが好ましい。ただし、光のエネルギーが試料の仕事関数を越えると試料表面から光電子が発生して二次電子画像のコントラストを低減してしまうので、仕事関数を越えないエネルギーとする。
[0014]
 光は、図1のように試料に対して垂直に入射してもよいし、試料に対して斜めに入射してもよい。光を集光させる場合は、放物面ミラーやトロイダルミラーを用いるか、集光レンズを用いる。このとき、ミラーを使って垂直照射する場合は、電子線の軌道に影響を及ぼさない非磁性の導体材料を選択し、その導体材料上に電子線が通過するための電子線ビーム径程度の穴を設けておく。ミラーは、手動でもよいし、微動が可能なピエゾモータ等を使用したものでもよい。ただし、穴の中も帯電しない素材を用いて、電子線軌道への影響を避けることが必要である。
[0015]
 図2は、位置調整用試料10の構造例を示す。位置調整用試料10は、上面からみると格子状にパターン31が繰り返し並んでいて、パターン位置座標は目印によって認識することができる。パターン31は電極で形成されている。位置調整用試料10は、パターンの下層構造として例えばp型半導体34とn型半導体35のpn接合を有している。各電極33の側面は酸化膜等の絶縁膜32で覆われている。半導体基板36はグランド電極で導通が取れているものとする。
[0016]
 図3は、荷電粒子線装置100の動作を示す。一般的に、低加速エネルギーの電子線を非導通試料に照射すると、入射電子数よりも試料から放出される電子数が多くなり、電子放出率が1以上になることが知られている。低加速エネルギーの電子線16を照射すると、図3(a)のように試料表面から二次電子が放出される。このとき、表面の電極は導通がとれていないので、図3(b)のように二次電子が放出することによって電極表面が正に帯電する。このときの二次電子画像37は輝度値が小さく、暗い画像となる。
[0017]
 位置調整用試料10が下層にpn接合構造をもつ場合、光源8、調整機構9を用いてpn接合部にバンドギャップを超える波長域の光17を照射することによって、図3(c)のように電荷をもつキャリアが発生する。発生したキャリアは、電極表面の正帯電によって偏っていた電荷を打ち消すように作用するので、図3(d)のように光が照射された電極は再び二次電子の放出量が増加する。このときの二次電子画像38は輝度値が大きく、明るい画像となる。一方、下層にpn接合をもたないゲート電極のような電極の場合、光を照射しても表面の帯電状態に特に変化は起きない。
[0018]
 このように、光照射によって試料内にキャリアを発生する条件下では、試料表面の電位状態が異なることにより、二次電子放出量に変化が起こる。光照射によるキャリア生成量は、光の照射条件によって決まるので、光照射によって二次電子放出量に変化が起こる最適な光量に調整することが好ましい。照射する光の波長は、pn接合のキャリアを励起できる波長であることだけでなく、光の侵入長や周辺の絶縁膜の透過率を考慮することが好ましい。
[0019]
 図4は、画像処理部14が二次電子信号に基づき取得した二次電子画像の例である。図4(a)は光を照射していない期間に撮像された画像を示す。図4(b)は光を照射している期間に撮像された画像を示す。図3で説明した原理により、光を照射している部位20の二次電子画像は輝度値が高いので、これにより光照射位置を特定することができる。
[0020]
 図5は、荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。試料ステージ6を移動し(S501)、電子線の照射領域に位置調整用試料10を設置する(S502)。画像処理部14は、位置調整用試料10に対して光を照射していない期間において位置調整用試料10に対して電子線を照射したとき位置調整用試料10から放出される二次電子信号を用いて、二次電子画像を取得する(S503)。
[0021]
 光源8は、位置調整用試料10に対して光を照射する(S504)。画像処理部14は、位置調整用試料10に対して光を照射している期間において位置調整用試料10に対して電子線を照射したとき位置調整用試料10から放出される二次電子信号を用いて、二次電子画像を取得する(S505)。
[0022]
 図4のように二次電子画像の輝度にしたがって光の照射位置を特定することができるので、ユーザは二次電子画像を目視確認することにより、光の照射位置と一次電子線の照射位置が合致するように調整機構9を調整することができる。光を照射したときの二次電子画像と照射しないときの二次電子画像との間の輝度差が小さく、目視では判断できない場合、画像処理部14は演算により両画像間の差分を求めてもよい。例えば光を照射しないときの二次電子画像(図4(a))のピクセル(x,y)における信号量(S1(x,y))と、光を照射しているときの二次電子画像(図4(b))の同ピクセル(x,y)の信号量(S2(x,y))との間の差信号(S(x,y))を算出することにより、輝度差を判別することができる(S506)。
[0023]
 画像表示部15は各二次電子画像を表示する(S507)。差信号S(x,y)を算出した場合は、差信号または差信号をピクセル値として用いる差信号画像を併せて表示してもよい。ユーザは二次電子画像(および差信号S)を見ながら、光の照射位置と一次電子線の照射位置が合致するように調整機構9を調整する(S508)。
[0024]
 図5においてはまず光17を照射していない期間で二次電子画像を取得し、次に光を照射している期間で二次電子画像を取得することとしたが、この順番は反対でもよい。すなわち光17を照射していないときの輝度値と照射しているときの輝度値との間の差分が求められればよい。
[0025]
 図6は、ユーザが光照射位置を調整するために用いるGUI(Graphic User Interface)の例を示す図である。図6は、位置調整用試料10の一部に光が照射されているときの例を示している。マニュアルで調整する際は、右ウインドウに差信号から生成した画像を表示し、左側には二次電子画像の倍率と位置調整用試料10のステージ位置XYが表示される。観察中の倍率に連動して、二次電子画像のスケールが表示される。照射位置調整に関しては、AUTOモードで自動化してもよい。AUTOモードを選択した場合は、電子線の照射領域と観察領域を固定するためのステージ位置Fixボタンが活性化される。このとき照射位置自動調整ボタンも活性化する。
[0026]
 ユーザは図6の画面上における差信号画像により、電子線16の照射位置と光17の照射位置が合致しているか否かを把握することができる。すなわち図6の差信号画像は、両者の位置が合致しているか否かを示唆する情報を提示していることになる。同様の情報をその他の形態で出力してもよい。例えばステップS503とS505それぞれの二次電子画像を並列表示してもよい。
[0027]
<実施の形態1:まとめ>
 本実施形態1に係る荷電粒子線装置100は、一次電子線を照射するとともに光を照射していないとき取得した二次電子画像(第1観察像)と、一次電子線を照射するとともに光を照射しているとき取得した二次電子画像(第2観察像)との間の差分を求めることにより、一次電子線の照射位置と光の照射位置が合致しているか否かを示す情報を求める。これにより、反射電子を結像する機構を用いることなく、二次電子を結像する機構を利用して、一次電子線の照射位置と光の照射位置を合わせることができる。例えば汎用SEM(走査電子顕微鏡)において、一次電子線の照射位置と光の照射位置を合わせることができる。
[0028]
 本実施形態1に係る荷電粒子線装置100は、電極の下部構造としてpn接合を有する位置調整用試料10を用いることにより、光を照射するか否かに応じて二次電子放出量を変化させることができる。これにより、光が照射された位置における二次電子画像の輝度値をそれ以外の位置から区別することができる。したがって、光の照射位置を明確に識別することができる。また反射電子を検出する機構を用いることなく光の照射位置を識別することができる。
[0029]
<実施の形態2>
 図7は、本発明の実施形態2に係る荷電粒子線装置100の構成図である。本実施形態2においては、位置調整用試料10に代えてフォトダイオード70を用いる。フォトダイオード70は、受光した光量を電気信号へ変換して出力する。本実施形態2における荷電粒子線装置100はさらに、電流計11(光量測定器)を備える。電流計11は、フォトダイオード70が出力する電気信号を電流値として計測し、その計測結果を出力する。フォトダイオード70の受光素子ごとに電流計11を設けてもよいし、1つの電流計11の配線を切り替えることにより各受光素子の電流値を測定してもよい。その他の構成は実施形態1と同様である。
[0030]
 フォトダイオード70としては、感度波長領域が光源8から発振される電磁波の波長域と合うものを利用する。フォトダイオード70に入射する光量が大きい場合は、素子の故障を避けるために、光源8の出力を調整するか、光路にエネルギーフィルタ等を設置して光量を可変にしてもよい。光量を変更する手段としては、(a)光源8そのものの強度を変更する、(b)エネルギーフィルタを設置する、(c)レンズ等によって光を集光させることにより集光位置の光量を上げる、(d)ピンホールや可変絞りなどによって光量を調整する、などが挙げられる。
[0031]
 図8は、試料ステージ6周辺の拡大図である。フォトダイオード70と試料4をともに試料ステージ6上に搭載する。光17が照射される位置の高さが変わると、光17の焦点位置が変わってしまうので、フォトダイオード70の素子表面は試料4の表面と高さを合わせる。図8(a)のように、電子線16と光17を順にフォトダイオード70へ照射して両者の照射位置を調整した後(調整手順は後述する)、図8(b)のように試料ステージ6を平行移動させることにより、光17の照射条件を変えずに試料4を電子線16によって測定することができる。
[0032]
 図9は、本実施形態2における荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。図9において以下の事項を前提とする。光17の光スポットは円形であり、フォトダイオード70は4分割された受光素子を備え、各受光素子が出力する電流値が等しいとき光17はフォトダイオード70の中心に対して照射されているものとする。
[0033]
 まず試料ステージ6を移動する(S901)。フォトダイオード70の表面の高さによって光17の集光位置が変わってしまうことを防ぐため、フォトダイオード70の二次電子画像を観察する際には、試料4の観察において用いる対物レンズ-試料間距離(Working Distance:WD)とフォトダイオード70の表面の高さが一致するように、試料ステージ6をあらかじめ設定しておく(S902)。
[0034]
 ユーザは、画像表示部15に表示されたフォトダイオード70の二次電子画像を見ながら、電子線16の照射領域がフォトダイオード70の中心にくるように試料ステージ6を調整する(S903)。試料ステージ6の位置を決めたら、電子線16の照射を止める(S904)。電子線16の照射停止は、安定的な照射を維持するため、電子源1の停止ではなく、遮蔽物の挿入または偏向電圧によって実施することが望ましい。
[0035]
 光源8から光17を発振させてフォトダイオード70に照射する(S905)。各受光素子は、受光した光量を電気信号に変換し、電流計11は各受光素子に流れた電流値を計測する(S906)。各受光素子の電流値が等しければ(S907:Y)、電子線16の照射位置と光17の照射位置が一致しているとみなし、本フローチャートを終了する。各受光素子の電流値が等しくない場合は(S907:N)、ユーザは調整機構9を使って光17の光軸を調整する(S908)。各受光素子の電流値が等しくなるまでS906~S909を繰り返す。
[0036]
 図10は、照射位置を調整する過程を説明するイメージ図である。フォトダイオード70は4つの受光素子A~Dに分割されており、電流計11は受光素子A~Dそれぞれに流れた電流値を計測する。各受光素子間にはスリット22が設けられており、光17の光スポットはスリット22の寸法以上の光径をもつことを想定している。
[0037]
 図10(a)のように、電子線照射領域23と光照射領域24が一致していない場合、各受光素子が受光する光量は等しくないので、電流値の大小は例えばA>B>C=D=0という関係で示される。図9のフローを実施して照射位置を調整した後は、図10(b)のように、各受光素子が受光する光量が等しくなり、電流値の大小関係はA=B=C=Dとなる。
[0038]
 照射する光が楕円形である場合、楕円を2分割する1本目の分割線は、分割した2つの領域の電流値が等しくなるようにする。図10の場合、例えばA+Cの電流値とB+Dの電流値が等しくなるように試料ステージ6を移動させてフォトダイオード70の位置をある1軸方向に調整する。次に、1本目の分割線に対して直行する2本目の分割線を決めるために、A+Bの電流値とC+Dの電流値が等しくなるように試料ステージ6を移動させてフォトダイオード70の位置を調整する。このとき、対角上にある素子の電流値は等しくなり(A=D、B=C)この点を光の照射位置中心と定義して光照射位置を決める。
[0039]
 ユーザがフォトダイオード70の位置を調整するとき、その作業をアシストする情報を画像表示部15上に表示するなどによって出力してもよい。例えば各受光素子A~Dの電流値を表示することにより、光17の照射位置がいずれの方向へ偏っているかを識別することができる。その他適当な情報により、電子線16の照射位置と光17の照射位置が合致しているか否かを示唆してもよい。
[0040]
<実施の形態2:まとめ>
 本実施形態2に係る荷電粒子線装置100は、フォトダイオード70の二次電子画像を用いて電子線16の照射位置を調整するとともに、フォトダイオード70による光17の光量の計測結果を用いて光17の照射位置を調整する。これにより、反射電子を結像する機構を用いることなく、二次電子を結像する機構を利用して、一次電子線の照射位置と光の照射位置を合わせることができる。例えば汎用SEM(走査電子顕微鏡)において、一次電子線の照射位置と光の照射位置を合わせることができる。
[0041]
<実施の形態3>
 図11は、本発明の実施形態3に係る荷電粒子線装置100が備える可動絞り板29の構成を示す図である。本実施形態3において、試料ステージ6には支え台28が固定されており、支え台28には可動絞り板29が固定されている。可動絞り板29は、光17が通過する絞り穴25のサイズを変更することができる。例えばサイズが互いに異なる絞り穴25をサイズの大きい順に穴25a、穴25b、穴25c、穴25dとして図11のように複数設けて可動絞り板29本体を移動させることにより、いずれかのサイズの絞り穴25を選択することができる。あるいは絞り穴25自体のサイズが可変であってもよい。絞り穴25を通過した光17は、絞り穴25の下に位置するフォトダイオード70によって検出され、電流計11により光量が測定される。
[0042]
 フォトダイオード70は、1つでもよいし、各絞り穴25の下にそれぞれ配置してもよい。フォトダイオード70が1つの場合、可動絞り板29は、支え台28を基準として動くことができる。フォトダイオード70に代えて、光17を検出することができるその他素子を用いてもよい。例えばサーマルセンサ、エネルギーセンサなどを用いることができる。また電流計11に代えて、光量を測定することができるその他計測器を用いることもできる。例えばパワーメータなどを用いることができる。後述する図13の構成例においても同様である。以下では説明の便宜上、図11に示すようにフォトダイオード70と電流計11を用いることとする。その他の構成は実施形態2と同様である。
[0043]
 図12は、本実施形態3における荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。まず試料ステージ6を移動させ(S1201)、ユーザが画像表示部15に表示された二次電子画像を見ながら電子線16の走査領域の中心に絞り穴25の中心を合わせる(S1202)。試料ステージ6の位置を決めたら、電子線16の照射を止める(S1203)。
[0044]
 光源から光17を発振させて絞り穴25に照射する(S1204)。絞り穴25を通過した光17をフォトダイオード70によって検知し、電流計11により光量を測定する(S1205)。ユーザは、光量が適当か否かを判断する(S1206)。光量が適当な値であれば(S1206:Y)、電子線16の照射位置と光17の照射位置が適当である(合致している)とみなして本フローチャートを終了する。光量が不十分であれば(S1206:N)、ユーザは調整機構9により光軸を調整する(S1207)。光量が適当な値であるか否かは、例えば絞り穴25の開口径と適当な光量の範囲との間の対応関係をあらかじめ把握しておき、この関係にしたがって判断すればよい。
[0045]
 絞り穴25が複数ある場合、まず最も大きな穴径の絞り穴25aに対して図12のフローチャートを実施することにより簡易的に光量を調整することが望ましい。光を集光させた場合や照射する光量を減らしたい場合には、さらに穴径が小さい絞り穴25bに変更して図12のフローチャートを実施する。この繰り返しをさらにサイズの小さい絞り穴25c、25dに対しても行っていくことにより、光の照射位置を正確に決定することができる。
[0046]
 図13は、可動絞り板29に代えて遮光板30を備える構成例を示す。遮光板30は、XYZ方向に移動することにより、光17を遮光する面積を変えることができる。例えば図13に示すように、ナイフエッジ形状に形成された遮光板30を用いることができる。遮光板30の下部にはフォトダイオード70が配置されており、遮光板30によって遮蔽されずフォトダイオード70に到達した光量が測定される。
[0047]
 遮光板30の移動距離に対して電流計11が測定した光量をプロットすると、例えばガウシアンのような強度分布が測定され、半値全幅(FWHM:Full Width Half Maximum)など任意の定義で光径を求めることができる。光スポットの形状が楕円の場合は、長軸方向と短軸方向それぞれについて光量を測定する必要がある。遮光板30を用いる場合においても図12と同様に、適当な光量と遮光面積との間の対応関係を用いることができる。
[0048]
 図14は、電子線照射領域23を絞り穴25の中心に合わせるときの操作画面である。二次電子像を観察しながら絞り穴25の中心に電子線照射領域23の中心がくるように試料ステージ6を移動させると、円形の絞りが二次電子画像として観察される。画面左側はこのときの二次電子線の観察条件として、倍率や試料ステージの相対位置X、相対位置Yを二次電子画像と連動して表示する。画面左側で選択した倍率に対応して、二次電子画像のスケールが変動する。これにより観察している絞り穴25の径を把握できる。
[0049]
 図15は、絞り穴25を通過した光の光量を測定しながら光軸を調整する際の操作画面である。本操作画面は、電流計11が測定した光量をリアルタイムで表示する。ユーザはミラー位置を調整しながら光量が適当になるように操作する。遮光板30を利用した光径測定の際には、光の形状、移動距離、光照射径X、光照射径Yが活性化される。遮光板30の移動距離に対応して電流計11が測定した光量がプロットされ、右ウインドウに表示される。本画面が表示する光量は、電子線16の照射位置と光17の照射位置が合致しているか否かを表す情報として用いることができる。
[0050]
<実施の形態3:まとめ>
 本実施形態3に係る荷電粒子線装置100は、可動絞り板29または遮光板30に対して電子線16の照射位置を合わせた上で、光量が適当であるか否かに基づき、光17の照射位置を電子線16の照射位置と合わせる。これにより、実施形態2で説明したフォトダイオード70よりも大きな領域に光を照射する場合であっても、簡便に照射位置を合わせることができる。
[0051]
<実施の形態4>
 図16は、本発明の実施形態4に係る荷電粒子線装置100の構成図である。本実施形態4においては、光17の照射位置を電子線16の照射位置に対して自動的に合わせる。以下では実施形態2で説明した構成に加えて光照射機構制御部18を備える例を用いて説明する。
[0052]
 光照射機構制御部18は、電流計11による計測値にしたがって調整機構9を制御することにより、光17の照射位置を電子線16の照射位置と合わせるように制御する。具体的には、電子線16の照射位置をフォトダイオード70の中心に合わせた上で、光17がフォトダイオード70の中心に対して照射されるように、調整機構9を制御する。光照射機構制御部18は、例えば電動アクチュエータなどを用いてミラーの位置や角度を調整することにより、調整機構9を制御する。具体的な制御手順は後述する。
[0053]
 図17は、本実施形態4における荷電粒子線装置100の動作手順を説明するフローチャートである。ステップS1701~S1707は図9のステップS901~S907と同じなので、以下ではステップS1708以降について説明する。ステップS1707において各受光素子の電流値が等しくない場合は、以下の区分によりステップS1708~S1709を実施するかまたはステップS1710~S1711を実施する。
[0054]
 受光素子Aと受光素子Cに流れる電流値合計が、受光素子Bと受光素子Dに流れる電流値合計よりも大きい場合(S1708)、光17は受光素子ACの側に傾いていることになる。したがって光照射機構制御部18は、ミラーの傾斜角をX軸方向に動かして受光素子BD側へ光17を傾ける(S1709)。受光素子BDの電流値合計が受光素子ACの電流値合計よりも大きい場合も、同様に受光素子AC側へ光17を傾ける。
[0055]
 受光素子Aと受光素子Bに流れる電流値合計が、受光素子Cと受光素子Dに流れる電流値合計よりも大きい場合(S1710)、光17は受光素子ABの側に傾いていることになる。したがって光照射機構制御部18は、ミラーの傾斜角をY軸方向に動かして受光素子CD側へ光17を傾ける(S1711)。受光素子CDの電流値合計が受光素子ABの電流値合計よりも大きい場合も、同様に受光素子AB側へ光17を傾ける。
[0056]
 実施形態1で説明した位置調整用試料10を用いる場合においても、光照射機構制御部18が以下の手順を実施することにより光17の照射位置を自動調整することができる。光17を照射しているとき位置調整用試料10の二次電子画像を取得すると、図4で説明したように明るい部分と暗い部分が生じる。両者の境界部分を画像上で検出することにより、光17の照射位置を移動させるべき方向が分かる。例えば図4(b)のような二次電子画像が得られた場合、境界部分を円弧の一部とみなすと光17の中心位置を推定できるので、その中心位置を位置調整用試料10の中心へ移動させるようなベクトルを求めることができる。光照射機構制御部18はその移動ベクトルにしたがって光17の照射位置を調整するように、調整機構9を制御する。
[0057]
 実施形態1で説明した位置調整用試料10を用いる場合において、光17の照射位置を固定して電子線16の照射位置を自動で調整する場合、光照射機構制御部18は以下の手順を実施すればよい。位置調整用試料10の位部分と明るい部分との間の境界を検出することにより光17の中心位置を推定し、その中心位置と位置調整用試料10の中心が合致するように偏向器2または試料ステージ6を駆動する。微調整が必要な場合は調整機構9を補助的に用いてもよい。
[0058]
 実施形態3で説明した可動絞り板29または遮光板30を用いる場合においても、光照射機構制御部18は光量が適当になるように光17の照射位置を自動調整することができる。例えば光17の照射位置を絞り穴25の周辺で走査することにより、適当な光量が得られる照射位置を探索することができる。
[0059]
<実施の形態4:まとめ>
 本実施形態4に係る荷電粒子線装置100は、位置調整用試料10に対するまたはフォトダイオード70に対する光17の照射位置を算出することにより、光17の照射位置を自動調整することができる。これにより例えば遠隔操作で光17の照射位置を自動調整することができる。
[0060]
<本発明の変形例について>
 本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
[0061]
 以上の実施形態においては、汎用型の走査型電子顕微鏡(SEM)に対して本発明を適用した構成例を説明したが、その他の荷電粒子線装置においても本発明を用いることができる。例えば集束イオンビーム装置に対して本発明を適用することが考えられる。
[0062]
 以上の実施形態においては、電子線16の位置ずれがnmオーダ、光17の位置ずれがμm~mmオーダ、位置調整用試料10と試料4のサイズがmmオーダであることを想定しているが、これに限られるものではなく、これら以外のサイズにおいても本発明を適用することができる。
[0063]
 実施形態1において、光17を照射している期間と照射していない期間との間における二次電子画像の輝度差を用いることを説明した。光17の光量やエネルギーを変化させることにより輝度差が生じるのであれば、必ずしも光17を完全にOFFしなくとも実施形態1と同様の手順を実施することができる。すなわち、光17の光量やエネルギーが大きい期間と小さい期間との間で二次電子画像の輝度値にしたがって光17の照射位置を特定すればよい。
[0064]
 実施形態2において、光17をフォトダイオード70に対して照射する際には、電子線16を停止したほうがより正確な計測結果を得ることができるが、必ずしもこれに限られるものではない。電子線16の有無によらず、受光素子A~Dの電流値が等しいことが分かれば、光17の照射位置はフォトダイオード70の中心に合致していると判断できるからである。

符号の説明

[0065]
1:電子源
2:偏向器
3:電子レンズ
4:試料
5:試料ホルダ
6:試料ステージ
7:二次電子検出器
8:光源
9:調整機構
10:位置調整用試料
11:電流計
12:真空チャンバ
13:制御部
14:画像処理部
15:画像表示部
16:電子線
17:光
22:スリット
25:絞り穴
27:光量測定器
28:支え台
29:可動絞り板
30:遮光板
31:パターン
32:絶縁膜
33:電極
34:p型半導体
35:n型半導体
36:半導体基板
37:二次電子画像
38:二次電子画像
70:フォトダイオード

請求の範囲

[請求項1]
 試料に対して一次荷電粒子線を照射する荷電粒子源、
 前記試料を搭載する試料ステージ、
 前記試料に対して前記一次荷電粒子線を照射することにより前記試料から放出される二次荷電粒子を検出する検出器、
 前記検出器が検出した前記二次荷電粒子に基づき前記試料の観察像を取得する画像処理部、
 前記試料に対して光を照射する光源、
 を備え、
 前記画像処理部は、前記試料に対して前記一次荷電粒子線を照射するとともに前記光を照射していない第1期間において前記検出器が検出した前記二次荷電粒子に基づき前記試料の第1観察像を取得し、
 前記画像処理部は、前記試料に対して前記光を照射するとともに前記一次荷電粒子線を照射している第2期間において前記検出器が検出した前記二次荷電粒子に基づき前記試料の第2観察像を取得し、
 前記画像処理部は、前記第1観察像と前記第2観察像との間の差分を算出することにより、前記試料上における前記一次荷電粒子線の照射位置と前記光の照射位置が合致しているか否かを示唆する照射位置情報を出力する
 ことを特徴とする荷電粒子線装置。
[請求項2]
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記画像処理部が取得する観察像を表示する画像表示部を備え、
 前記画像表示部は、前記第1観察像、前記第2観察像、前記第1観察像と前記第2観察像との間の差分を表す差分画像、のうち少なくともいずれかを表示する
 ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
[請求項3]
 前記画像処理部は、前記第1観察像の各ピクセルの信号量と、前記第2観察像の各ピクセルの信号量との間の差分に基づき、前記試料における前記光の照射位置を特定する
 ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
[請求項4]
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記試料に対する前記光の照射位置を移動させる調整機構を有し、
 前記調整機構は、前記一次荷電粒子線の照射位置を基準として、ミラーまたは集光レンズにより前記光の照射位置を調整する
 ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
[請求項5]
 前記荷電粒子線装置は、前記一次荷電粒子線を偏向させる偏向器を備え、
 前記ミラーは、前記偏向器と前記試料ステージの間に設置されており、
 前記ミラーは、前記一次荷電粒子線を通過させる穴を有し、
 前記ミラーは、非磁性の導体材料によって構成されている
 ことを特徴とする請求項4記載の荷電粒子線装置。
[請求項6]
 前記試料ステージは、前記光の照射位置を特定するために用いる調整用試料を搭載しており、
 前記調整用試料は、半導体基板上に複数の電極のパターンを有し、前記パターンの下層構造にP型半導体とN型半導体から成るPN接合構造を有し、
 前記画像処理部は、前記第1観察像として前記調整用試料の観察像を取得した後に、前記第2観察像として前記調整用試料の観察像を取得し、
 前記画像処理部は、前記照射位置情報として、前記第2観察像において前記第1観察像よりも輝度値が高い部分を表す情報を出力する
 ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
[請求項7]
 前記光のエネルギーは、前記調整用試料のバンドギャップエネルギーより高く、前記調整用試料の仕事関数より低い
 ことを特徴とする請求項6記載の荷電粒子線装置。
[請求項8]
 各前記電極の側面は絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求項6記載の荷電粒子線装置。
[請求項9]
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記光を照射する位置を調整する調整機構を備え、
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記調整機構を制御する調整機構制御部を備え、
 前記調整機構制御部は、前記差分が小さくなるように前記調整機構を制御することにより、前記試料上における前記一次荷電粒子線の照射位置と前記光の照射位置を合致させる
 ことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子線装置。
[請求項10]
 対象物に対して一次荷電粒子線を照射する荷電粒子源、
 前記対象物を搭載する試料ステージ、
 前記対象物に対して前記一次荷電粒子線を照射することにより前記対象物から放出される二次荷電粒子を検出する検出器、
 前記検出器が検出した前記二次荷電粒子に基づき前記対象物の観察像を取得する画像処理部、
 前記対象物に対して光を照射する光源、
 前記対象物に対して照射される光量を測定する光量測定器、
 を備え、
 前記画像処理部は、対象物に対して前記一次荷電粒子線を照射するとともに前記光を照射していない期間において前記検出器が検出した前記二次荷電粒子に基づき前記対象物の観察像を取得し、
 前記画像処理部は、前記観察像と、前記光量測定器による測定結果とを用いて、前記対象物上における前記一次荷電粒子線の照射位置と前記光の照射位置が合致しているか否かを示唆する照射位置情報を出力する
 ことを特徴とする荷電粒子線装置。
[請求項11]
 前記対象物は、フォトダイオードによって構成されており、
 前記光量測定器は、前記フォトダイオードが出力する電流を計測する電流計であり、
 前記フォトダイオードは、中心対称かつ等面積の複数領域に分割されたフォトダイオード素子を有し、
 各前記フォトダイオード素子間にはスリットが設けられ、
 前記光源は、前記スリットの寸法以上の光径を有する前記光を出射し、
 各前記フォトダイオード素子は、入射した光の光量を表す電流を出力する
 ことを特徴とする請求項10記載の荷電粒子線装置。
[請求項12]
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記一次荷電粒子線を偏向する偏向器を備え、
 前記偏向器は、前記フォトダイオードの中心に前記一次荷電粒子線が照射されるように前記一次荷電粒子線を偏向し、
 前記画像処理部は、前記一次荷電粒子線が前記フォトダイオードの中心に照射されているときの前記観察像と、前記光量測定器による測定結果とを用いて、前記照射位置情報を出力する
 ことを特徴とする請求項11記載の荷電粒子線装置。
[請求項13]
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記光源と前記光量測定器との間に配置され、前記光を通す絞り穴を有する絞り板を備え、
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記光源が出射する光量を制御する光量制御部を備え、
 前記光量制御部は、前記絞り穴を通過した前記光の光量が、前記絞り穴の開口径に対応する所定範囲内であるか否かにしたがって、前記光源が出射する光量を調整する
 ことを特徴とする請求項10記載の荷電粒子線装置。
[請求項14]
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記光源と前記光量測定器との間に配置され、前記光を遮断する遮光板を備え、
 前記遮光板は、前記光を遮断する面積を変更することができるように構成されており、
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記光源が出射する光量を制御する光量制御部を備え、
 前記光量制御部は、前記遮光板を通過した前記光の光量が、前記遮光板によって遮断される前記光の面積に対応する所定範囲内であるか否かにしたがって、前記光源が出射する光量を調整する
 ことを特徴とする請求項10記載の荷電粒子線装置。
[請求項15]
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記光を照射する位置を調整する調整機構を備え、
 前記荷電粒子線装置はさらに、前記調整機構を制御する調整機構制御部を備え、
 前記調整機構制御部は、各前記フォトダイオード素子が出力する電流が等しくなるように前記調整機構を制御することにより、前記試料上における前記一次荷電粒子線の照射位置と前記光の照射位置を合致させる
 ことを特徴とする請求項11記載の荷電粒子線装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]

[ 図 13]

[ 図 14]

[ 図 15]

[ 図 16]

[ 図 17]