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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-12-04
(45)【発行日】2024-12-12
(54)【発明の名称】荷電粒子ビーム装置
(51)【国際特許分類】
H01J 37/28 20060101AFI20241205BHJP
H01J 37/22 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
H01J37/28 B
H01J37/22 502L
H01J37/22 502H
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022553305
(86)(22)【出願日】2020-09-30
(86)【国際出願番号】 JP2020037168
(87)【国際公開番号】W WO2022070311
(87)【国際公開日】2022-04-07
【審査請求日】2023-03-27
(73)【特許権者】
【識別番号】501387839
【氏名又は名称】株式会社日立ハイテク
(74)【代理人】
【識別番号】110002066
【氏名又は名称】弁理士法人筒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】武田 直子
(72)【発明者】
【氏名】津野 夏規
(72)【発明者】
【氏名】高田 哲
(72)【発明者】
【氏名】服部 裕斗
【審査官】山口 敦司
(56)【参考文献】
【文献】国際公開第２０２０／１１５８７６（ＷＯ，Ａ１）
【文献】特開２００９－００４１１４（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－１７２８８６（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｊ ３７／２８
Ｈ０１Ｊ ３７／２２
Ｈ０１Ｊ ３７／２８５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料に対して照射される荷電粒子ビームを発生する荷電粒子源と、前記試料に対して照射される光を発生する光源と、
前記試料に対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる二次荷電粒子を検出する第１検出器と、
前記試料が搭載されるステージと、
前記ステージに設置され、前記荷電粒子ビームおよび前記光が照射される位置調整マークと、
前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる二次光を検出する第２検出器と、
前記荷電粒子ビームの照射および前記光の照射を制御し、前記第１検出器による第１検出信号および前記第２検出器による第２検出信号を取得し、画像を生成して表示するコンピュータシステムと、
前記コンピュータシステムの制御に基づいて、前記ステージに対する前記荷電粒子ビームの照射位置および前記光の照射位置を設定し、前記光の照射位置と前記ステージとの距離を含む相対的な位置関係を変更する機構と、
を備え、
前記コンピュータシステムは、
前記位置調整マークに対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる前記第１検出信号に基づいて、前記位置調整マークが映った第１画像を生成し、
前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる前記第２検出信号に基づいて、前記位置調整マークの付近に前記光の照射領域が映った第２画像を生成し、
前記機構によって位置関係を変更する際に得られる前記第１画像および前記第２画像に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射位置とを調整する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項2】
試料に対して照射される荷電粒子ビームを発生する荷電粒子源と、前記試料に対して照射される光を発生する光源と、
前記試料に対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる二次荷電粒子を検出する第１検出器と、
前記試料が搭載されるステージと、
前記ステージに搭載され、前記荷電粒子ビームおよび前記光が照射される位置調整試料と、
前記位置調整試料に対する前記光の照射によって得られる二次光を検出する第２検出器と、
前記荷電粒子ビームの照射および前記光の照射を制御し、前記第１検出器による第１検出信号および前記第２検出器による第２検出信号を取得し、画像を生成して表示するコンピュータシステムと、
前記コンピュータシステムの制御に基づいて、前記ステージに対する前記荷電粒子ビームの照射位置および前記光の照射位置を設定し、前記光の照射位置と前記ステージとの距離を含む相対的な位置関係を変更する機構と、
を備え、
前記位置調整試料は、シリコンウエハの表面において、第１領域として絶縁膜と、第２領域として導電性プラグおよびその下の不純物拡散層とが、周期的に配置されており、前記シリコンウエハと前記不純物拡散層とが形成する接合が活性化する波長の光が前記光として照射されることで、前記表面の帯電が除去または低減されて放出される二次荷電粒子が増加する構造を有し、
前記コンピュータシステムは、
前記位置調整試料に対する前記荷電粒子ビームおよび前記光の両方の照射によって得られる前記第１検出信号に基づいて、前記光の照射領域が強度分布として映った画像を生成し、
前記機構によって位置関係を変更する際に得られる前記画像に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射位置とを調整する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項3】
試料に対して照射される荷電粒子ビームを発生する荷電粒子源と、前記試料に対して照射される光を発生する光源と、
前記試料に対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる二次荷電粒子を検出する第１検出器と、
前記試料が搭載されるステージと、
前記ステージに設置され、前記荷電粒子ビームおよび前記光が照射される位置調整マークと、
前記ステージに搭載され、前記荷電粒子ビームおよび前記光が照射される位置調整試料と、
前記位置調整マークまたは前記位置調整試料に対する前記光の照射によって得られる二次光を検出する第２検出器と、
前記荷電粒子ビームの照射および前記光の照射を制御し、前記第１検出器による第１検出信号および前記第２検出器による第２検出信号を取得し、画像を生成して表示するコンピュータシステムと、
前記コンピュータシステムの制御に基づいて、前記ステージに対する前記荷電粒子ビームの照射位置および前記光の照射位置を設定し、前記光の照射位置と前記ステージとの距離を含む相対的な位置関係を変更する機構と、
を備え、
前記位置調整試料は、シリコンウエハの表面において、第１領域として絶縁膜と、第２領域として導電性プラグおよびその下の不純物拡散層とが、周期的に配置されており、前記シリコンウエハと前記不純物拡散層とが形成する接合が活性化する波長の光が前記光として照射されることで、前記表面の帯電が除去または低減されて放出される二次荷電粒子が増加する構造を有し、
前記コンピュータシステムは、
第１調整として、
前記位置調整マークに対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる前記第１検出信号に基づいて、前記位置調整マークが映った第１画像を生成し、
前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる前記第２検出信号に基づいて、前記位置調整マークの付近に前記光の照射領域が映った第２画像を生成し、
前記機構によって位置関係を変更する際に得られる前記第１画像および前記第２画像に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射位置とを調整し、
第２調整として、
前記位置調整試料に対する前記荷電粒子ビームおよび前記光の両方の照射によって得られる前記第１検出信号に基づいて、前記光の照射領域が強度分布として映った画像を生成し、
前記機構によって位置関係を変更する際に得られる前記画像に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射位置とを調整する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項4】
試料に対して照射される荷電粒子ビームを発生する荷電粒子源と、前記試料に対して照射される光を発生する光源と、
前記試料に対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記試料が搭載されるステージと、
前記ステージに設置され、前記荷電粒子ビームおよび前記光が照射される位置調整マークと、
前記荷電粒子ビームの照射および前記光の照射を制御し、前記検出器による検出信号を取得し、画像を生成して表示するコンピュータシステムと、
前記コンピュータシステムの制御に基づいて、前記ステージに対する前記荷電粒子ビームの照射位置および前記光の照射位置を設定し、前記光の照射位置と前記ステージとの距離を含む相対的な位置関係を変更する機構と、
を備え、
前記検出器は、前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる光電子を検出し、
前記コンピュータシステムは、
前記位置調整マークに対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる前記検出信号に基づいて、前記位置調整マークが映った第１画像を生成し、
前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる前記検出信号に基づいて、前記位置調整マークの付近に前記光の照射領域が映った第２画像を生成し、
前記機構によって位置関係を変更する際に得られる前記第１画像および前記第２画像に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射位置とを調整する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項5】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記ステージの上面に対応付けられる二次元の方向をＸ方向およびＹ方向とし、それに対し垂直な方向をＺ方向とした場合に、
前記機構は、前記位置関係の変更として、前記ステージ上の前記位置調整マークの照射面に対する前記光の照射位置および前記荷電粒子ビームの照射位置を、前記Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各方向で変更し、前記ステージ上の前記位置調整マークの照射面に対する前記光の照射方向を変更する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項6】
請求項２記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記ステージの上面に対応付けられる二次元の方向をＸ方向およびＹ方向とし、それに対し垂直な方向をＺ方向とした場合に、
前記機構は、前記位置関係の変更として、前記ステージ上の前記位置調整試料の照射面に対する前記光の照射位置および前記荷電粒子ビームの照射位置を、前記Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各方向で変更し、前記ステージ上の前記位置調整試料の照射面に対する前記光の照射方向を変更する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項7】
請求項３記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記ステージの上面に対応付けられる二次元の方向をＸ方向およびＹ方向とし、それに対し垂直な方向をＺ方向とした場合に、
前記機構は、前記位置関係の変更として、前記ステージ上の前記位置調整マークの照射面に対する前記光の照射位置および前記荷電粒子ビームの照射位置を、前記Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各方向で変更し、前記ステージ上の前記位置調整マークの照射面に対する前記光の照射方向を変更し、また、前記ステージ上の前記位置調整試料の照射面に対する前記光の照射位置および前記荷電粒子ビームの照射位置を、前記Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各方向で変更し、前記ステージ上の前記位置調整試料の照射面に対する前記光の照射方向を変更する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項8】
請求項４記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記ステージの上面に対応付けられる二次元の方向をＸ方向およびＹ方向とし、それに対し垂直な方向をＺ方向とした場合に、
前記機構は、前記位置関係の変更として、前記ステージ上の前記位置調整マークの照射面に対する前記光の照射位置および前記荷電粒子ビームの照射位置を、前記Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向の各方向で変更し、前記ステージ上の前記位置調整マークの照射面に対する前記光の照射方向を変更する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項9】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記位置調整マークは、高さが異なる複数の部分を有し、
前記コンピュータシステムは、
前記位置関係を変更した際に前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる前記第２検出信号に基づいて、前記光の照射領域の輝度および輝度変化を抽出し、前記輝度が閾値よりも低くなるような前記光の照射位置を特定し、
前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射位置とを一致させるように調整する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項10】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記位置調整マークは、上面を見た構成において、高さが最も高い上面部と、中心に設けられた穴と、前記穴に対し少なくとも一方向に延在するように設けられた溝とを有する、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項11】
請求項１記載の荷電粒子ビーム装置において、前記位置調整マークは、上面を見た構成において、第１材料で構成された上面部と、第２材料で構成された中心部とを有し、前記第２材料の限界振動数の方が前記第１材料の限界振動数よりも大きい、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項12】
請求項２記載の荷電粒子ビーム装置において、前記コンピュータシステムは、
前記画像の前記光の照射領域の強度分布を計測し、前記強度分布のピーク位置を算出し、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射領域の強度分布のピーク位置との距離を算出し、
前記距離に基づいて、前記機構によって前記位置関係を変更して、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射領域の強度分布のピーク位置とを一致させる、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項13】
請求項２記載の荷電粒子ビーム装置において、前記ステージの上面に、位置調整構造体を備え、
前記位置調整構造体は、高さが異なる複数の部分を有し、
前記複数の部分には、前記位置調整試料として複数の位置調整試料が設置され、
前記コンピュータシステムは、前記複数の部分の前記複数の位置調整試料に対する前記荷電粒子ビームおよび前記光の両方の照射によって得られる前記第１検出信号に基づいて、前記高さ毎に、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の強度分布のピーク位置との距離を算出し、前記高さと前記距離との関係を算出し、
前記ステージ上の照射面の高さに応じて、前記機構によって前記位置関係を変更して、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射領域の強度分布のピーク位置とを一致させる、
荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、荷電粒子ビーム装置の技術に関する。
【背景技術】
【0002】
荷電粒子ビーム装置は、電子顕微鏡やイオン顕微鏡等がある。顕微鏡は、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）等がある。荷電粒子ビーム装置は、試料の観察や分析等の処理中に、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。これに対し、帯電抑制技術としては、一次荷電粒子ビームの照射領域に光等の電磁波を照射する技術が挙げられる。
【0003】
先行技術例としては、国際公開第２０２０／１１５８７６号（特許文献１）が挙げられる。特許文献１には、「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。」旨の技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】国際公開第２０２０／１１５８７６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
試料に対し一次荷電粒子ビーム（以下、ビームと記載する場合がある）と光等の電磁波（以下、光と記載する場合がある）とを照射する機能を有する荷電粒子ビーム装置においては、光の照射領域または照射位置をなるべく明確に特定することが必要である。試料に対するビームの照射位置と光の照射位置とがずれている場合、良くない作用をもたらす可能性がある。例えば、光照射によって帯電を抑制する目的の場合において、それらの照射位置にずれがある場合に、帯電が除去されていない領域が残る可能性がある。また、例えば、二次電子に基づいて電位コントラスト像から電気特性を評価する場合において、電気特性の不良を検出できない可能性がある。
【0006】
また、従来、ユーザ操作等に基づいて、光照射領域とビーム照射位置とを概略的に合わせることは可能である。しかし、検査対象の試料表面に対し照射される光の収差成分や強度の分布は不均一な状態となる場合がある。そのため、その不均一性が、検査対象の二次電子観測信号の励起に対し影響を与える。その結果、二次電子観測信号の画像では、輝度分布に不安定さ（明るさの歪み等）が生じる場合があった。
【0007】
上記荷電粒子ビーム装置において、試料に対しビームと光との両方を照射して得たグレースケール画像等の二次電子画像から試料の電気特性や材料特性を評価する場合には、二次電子画像の輝度の安定化が望ましい。二次電子観測信号の光強度、および対応する二次電子画像の輝度の安定化のためには、ビームの照射位置と光の照射位置、特に光強度分布中心位置とを高精度に合わせることが望ましい。
【0008】
本開示の目的は、荷電粒子ビーム装置の技術に関して、ビームと光の照射領域または照射位置をなるべく明確に特定することができる技術、特に、ビームの照射位置と光の照射位置、特に光強度分布中心位置とを高精度に合わせることができる技術を提供することである。本開示の他の課題や効果等については［発明を実施するための形態］において示される。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本開示のうち代表的な実施の形態は、以下に示す構成を有する。実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、試料に対して照射される荷電粒子ビームを発生する荷電粒子源と、前記試料に対して照射される光を発生する光源と、前記試料に対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる二次荷電粒子を検出する第１検出器と、前記試料が搭載されるステージと、前記ステージに設置され、前記荷電粒子ビームおよび前記光が照射される位置調整マークと、前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる二次光を検出する第２検出器と、前記荷電粒子ビームの照射および前記光の照射を制御し、前記第１検出器による第１検出信号および前記第２検出器による第２検出信号を取得し、画像を生成して表示するコンピュータシステムと、前記コンピュータシステムの制御に基づいて、前記ステージに対する前記荷電粒子ビームの照射位置および前記光の照射位置を設定し、前記光の照射位置と前記ステージとの距離を含む相対的な位置関係を変更する機構と、を備え、前記コンピュータシステムは、前記位置調整マークに対する前記荷電粒子ビームの照射によって得られる前記第１検出信号に基づいて、前記位置調整マークが映った第１画像を生成し、前記位置調整マークに対する前記光の照射によって得られる前記第２検出信号に基づいて、前記位置調整マークの付近に前記光の照射領域が映った第２画像を生成し、前記機構によって位置関係を変更する際に得られる前記第１画像および前記第２画像に基づいて、前記荷電粒子ビームの照射位置と前記光の照射位置とを調整する。
【発明の効果】
【0010】
本開示のうち代表的な実施の形態によれば、荷電粒子ビーム装置の技術に関して、ビームと光の照射領域または照射位置をなるべく明確に特定することができ、特に、ビームの照射位置と光の照射位置、特に光強度分布中心位置とを高精度に合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】本開示の実施の形態１の荷電粒子ビーム装置の構成を示す。
【図2】実施の形態１で、コンピュータシステムの構成例を示す。
【図3】実施の形態１で、位置調整マークの構成例を示す。
【図4】実施の形態１で、位置調整マークを用いた調整の例を示す。
【図5】実施の形態１で、光照射位置に応じた輝度変化を示す。
【図6】本開示の実施の形態２の荷電粒子ビーム装置の構成を示す。
【図7】実施の形態２で、位置調整試料の構成例を示す。
【図8】実施の形態２で、位置調整試料を用いた調整の例を示す。
【図9】本開示の実施の形態３の荷電粒子ビーム装置の構成を示す。
【図10】実施の形態３で、処理フローを示す。
【図11】本開示の実施の形態４の荷電粒子ビーム装置の構成を示す。
【図12】実施の形態４で、位置調整マークの構成例を示す。
【図13】実施の形態４で、光照射位置に応じた輝度変化を示す。
【図14】本開示の実施の形態５の荷電粒子ビーム装置の構成を示す。
【図15】実施の形態５で、自動調整について示す。
【図16】実施の形態５で、自動調整についての処理フローを示す。
【図17】実施の形態５の変形例においける、自動調整方法について示す。
【図18】本開示の実施の形態６の荷電粒子ビーム装置における、スタブおよび位置調整試料の構成例を示す。
【図19】実施の形態６で、光強度分布、および高さと距離の関係等を示す。
【図20】本開示の実施の形態７の荷電粒子ビーム装置の構成を示す。
【図21】実施の形態７で、視野の移動について示す。
【図22】実施の形態７で、光強度調整機構の構成例を示す。
【図23】実施の形態７で、視野位置に応じた光強度の補正について示す。
【図24】本開示の実施の形態８の荷電粒子ビーム装置の構成を示す。
【図25】実施の形態８で、検査画像と参照画像との比較について示す。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照しながら実施の形態を詳細に説明する。図面において、同一部には原則として同一符号を付し、繰り返しの説明を省略する。図面において、各構成要素の表現は、理解を容易にするために、実際の位置、大きさ、形状、および範囲等を表していない場合がある。説明上、プログラムによる処理について説明する場合に、プログラムや機能や処理部等を主体として説明する場合があるが、それらについてのハードウェアとしての主体は、プロセッサ、あるいは、そのプロセッサ等で構成されるコントローラ、装置、計算機、システム等である。計算機は、プロセッサによって、適宜にメモリや通信インタフェース等の資源を用いながら、メモリ上に読み出されたプログラムに従った処理を実行する。これにより、所定の機能や処理部等が実現される。プロセッサは、例えばＣＰＵやＧＰＵ等の半導体デバイス等で構成される。プロセッサは、所定の演算が可能な装置や回路で構成される。処理は、ソフトウェアプログラム処理に限らず、専用回路でも実装可能である。専用回路は、ＦＰＧＡやＡＳＩＣ等が適用可能である。プログラムは、対象計算機に予めデータとしてインストールされていてもよいし、プログラムソースから対象計算機にデータとして配布されてインストールされてもよい。プログラムソースは、通信網上のプログラム配布サーバでもよいし、非一過性のコンピュータ読み取り可能な記憶媒体でもよい。プログラムは、複数のプログラムモジュールから構成されてもよい。
【0013】
＜実施の形態１＞
図１～図５を用いて、本開示の実施の形態１の荷電粒子ビーム装置について説明する。図１等に示す実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、試料４等に対し、ビームｂ１と光ａ１との両方を照射することができる機能を有する。この機能は、制御に応じて、試料４等に対し、ビームｂ１のみを照射する場合と、光ａ１のみを照射する場合と、ビームｂ１と光ａ１との両方を同時に照射する場合とのいずれも可能な機能である。この機能を前提として、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを合わせる機能（調整機能等と記載する）を有する。この荷電粒子ビーム装置１は、この位置調整のために、ステージ６上に配置されるマークないしマーカである位置調整マーク１０を有する。この荷電粒子ビーム装置１は、ユーザＵ１による画像を見ながらの操作に基づいて、ステージ６上の位置調整マーク１０に対し、ビームｂ１と光ａ１との両方を照射して検出信号ｄ１を得る。そして、この荷電粒子ビーム装置１は、検出信号ｄ１に基づいて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを調整する。
図１～図５を用いて、本開示の実施の形態１の荷電粒子ビーム装置について説明する。図１等に示す実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、試料４等に対し、ビームｂ１と光ａ１との両方を照射することができる機能を有する。この機能は、制御に応じて、試料４等に対し、ビームｂ１のみを照射する場合と、光ａ１のみを照射する場合と、ビームｂ１と光ａ１との両方を同時に照射する場合とのいずれも可能な機能である。この機能を前提として、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを合わせる機能（調整機能等と記載する）を有する。この荷電粒子ビーム装置１は、この位置調整のために、ステージ６上に配置されるマークないしマーカである位置調整マーク１０を有する。この荷電粒子ビーム装置１は、ユーザＵ１による画像を見ながらの操作に基づいて、ステージ６上の位置調整マーク１０に対し、ビームｂ１と光ａ１との両方を照射して検出信号ｄ１を得る。そして、この荷電粒子ビーム装置１は、検出信号ｄ１に基づいて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを調整する。
【0014】
［１－１．概要］
実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、試料４に対して照射されるビームｂ１を発生する荷電粒子源と、試料４に対して照射される光ａ１を発生する光源８と、試料４に対してビームｂ１を照射することにより得られる二次電子等の二次荷電粒子ｂ２を検出する検出器７である第１検出器と、試料４が搭載されるステージ６と、ステージ６に設けられ、光ａ１およびビームｂ１が照射される位置調整マーク１０と、位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射によって得られる二次光としての光ａ２を検出する光検出器１１である第２検出器とを備える。また、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、光ａ１の照射位置とステージ６（またはステージ６上の物体）の位置との距離を含む相対的な位置関係を変更できる機構（位置関係変更機構と記載する場合がある）を備える。この機構は、例えば光源８の駆動制御機構やステージ６の駆動制御機構がある。また、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、ビームｂ１や光ａ１の照射を制御し、試料４に対して光ａ１を照射するとともにビームｂ１を照射した際に第１検出器が検出した第１検出信号に基づいて、画像を生成して表示するコンピュータシステム２を備える。コンピュータシステム２は、荷電粒子ビーム装置１のコントローラである。
実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、試料４に対して照射されるビームｂ１を発生する荷電粒子源と、試料４に対して照射される光ａ１を発生する光源８と、試料４に対してビームｂ１を照射することにより得られる二次電子等の二次荷電粒子ｂ２を検出する検出器７である第１検出器と、試料４が搭載されるステージ６と、ステージ６に設けられ、光ａ１およびビームｂ１が照射される位置調整マーク１０と、位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射によって得られる二次光としての光ａ２を検出する光検出器１１である第２検出器とを備える。また、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、光ａ１の照射位置とステージ６（またはステージ６上の物体）の位置との距離を含む相対的な位置関係を変更できる機構（位置関係変更機構と記載する場合がある）を備える。この機構は、例えば光源８の駆動制御機構やステージ６の駆動制御機構がある。また、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、ビームｂ１や光ａ１の照射を制御し、試料４に対して光ａ１を照射するとともにビームｂ１を照射した際に第１検出器が検出した第１検出信号に基づいて、画像を生成して表示するコンピュータシステム２を備える。コンピュータシステム２は、荷電粒子ビーム装置１のコントローラである。
【0015】
そして、コンピュータシステム２は、位置調整マーク１０に対しビームｂ１を照射した際に得られる第１検出信号に基づいて位置調整マーク１０が映った画像を生成する。コンピュータシステム２は、光ａ１の照射位置とステージ６との位置関係を制御して変更した際に第２検出器から第２検出信号を得る。コンピュータシステム２は、上記位置調整マーク１０の画像と上記第２検出信号とに基づいて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを合わせるように調整する。コンピュータシステム２は、上記位置調整マーク１０の画像と上記第２検出信号とをユーザＵ１に対し画像として表示し、ユーザＵ１による画像を見ながらの操作に基づいて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを合わせするように調整する。ユーザＵ１は、画像を見ながらの操作によって、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせが容易に可能である。
【0016】
［１－２．荷電粒子ビーム装置］
図１は、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。荷電粒子ビーム装置１は、大別して、真空室１２を含む機構と、それに接続されるコンピュータシステム２とを備える。荷電粒子ビーム装置１は、電子光学系、光照射系、および画像生成系を備える。電子光学系は、真空室１２内に配置されている、電子源１０１、偏光器１０２、電子レンズ１０３、試料４、試料ホルダ５、ステージ６、検出器７等によって構成されている。検出器７は、二次電子検出器であって、区別のために第１検出器とも記載する。
図１は、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。荷電粒子ビーム装置１は、大別して、真空室１２を含む機構と、それに接続されるコンピュータシステム２とを備える。荷電粒子ビーム装置１は、電子光学系、光照射系、および画像生成系を備える。電子光学系は、真空室１２内に配置されている、電子源１０１、偏光器１０２、電子レンズ１０３、試料４、試料ホルダ５、ステージ６、検出器７等によって構成されている。検出器７は、二次電子検出器であって、区別のために第１検出器とも記載する。
【0017】
光照射系は、光源８、光源調整ステージ９、位置調整マーク１０、光検出器１１、および光制御部１３等によって構成されている。光検出器１１は、区別のために第２検出器とも記載する。画像生成系は、制御部１４、画像処理部１５、および画像表示部１６等によって構成されている。
【0018】
コンピュータシステム２は、制御部１４、画像処理部１５、画像表示部１６、光制御部１３、駆動制御部１７、および記憶部１８等を有する。制御部１４は、主に電子光学系を制御する部分であり、検出器７からの検出信号ｄ１（区別のために第１検出信号とも記載する）を取得する。光制御部１３は、主に光照射系を制御する部分であり、光検出器１１からの検出信号ｃ１（区別のために第２検出信号とも記載する）を取得する。検出信号ｃ１は、光ａ１の照射に基づいた二次光である光ａ２を検出した信号であり、光強度分布を持つ信号である。検出信号ｄ１は、ビームｂ１のみの照射時の二次電子等の二次荷電粒子ｂ２を検出した信号、もしくは、ビームｂ１と光ａ１との両方の照射時の二次荷電粒子ｂ２を検出した信号である。
【0019】
駆動制御部１７は、ステージ６等の機構を駆動制御する部分である。実施の形態１では、コンピュータシステム２は、駆動制御部１７や光制御部１３を制御することで、光ａ１の照射位置と、ステージ６（またはステージ６上の物体）の位置との距離を含む相対的な位置関係を変化させるように制御することができる。ステージ６の位置の制御は、少なくとも、図示するＸ方向およびＹ方向の移動の制御を含み、さらにＺ方向の移動の制御が可能でもよい。公知技術であるため説明を省略するが、荷電粒子ビーム装置１は、真空室１２内への試料４の搬送やステージ６上への試料４の配置、および真空室１２内の真空排気制御等が可能である。
【0020】
説明上の方向および座標系として、図示するＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を有する。Ｘ方向およびＹ方向は、ステージ６の上面に対応付けられる水平面を構成する直交する２つの方向であり、言い換えると、ステージ６が円形等の場合には径方向である。Ｚ方向は、Ｘ方向およびＹ方向に対し垂直である鉛直方向であり、言い換えると高さ方向である。
【0021】
試料４は、観察対象であるウエハ等の試料である。試料４は、ステージ６上の試料ホルダ５に乗せられて保持される。なお、図１では、試料４の観察時ではなく、後述の位置調整マーク１０への照射時の状態を図示している。この時、Ｘ方向において、位置Ｘ０は、位置調整マーク１０の表面（高さ方向の基準位置としては位置Ｚ０）に対するビームｂ１や光ａ１の照射位置を示す。位置合わせ後、通常の試料４の観察時には、ステージ６等の制御によって、この位置Ｘ０に試料４を配置することが可能である。説明を省略するが、同様に、Ｙ方向においても、位置の移動や調整が可能である。本例では、Ｚ方向については、位置Ｚ０を基準位置としている。位置Ｚ０は、ステージ６上の試料４の表面に対応する位置である。位置調整マーク１０の表面も、この位置Ｚ０に合わせるように配置されている。高さ方向の基準位置は、位置Ｚ０に限らずに設定可能であり、例えばステージ６の上面を基準位置としてもよい。
【0022】
試料４を観察する場合、コンピュータシステム２は、制御部１４から電子光学系等を駆動制御する。制御部１４は、電子光学系の各部に対し、制御信号を与える。これに基づいて、荷電粒子源である電子源１０１から放出された一次荷電粒子ビームであるビームｂ１は、偏光器１０２によって偏光され、電子レンズ１０３によって収束され、ステージ６上の試料４の表面で走査される。走査はＸ方向やＹ方向で可能である。本例では、ステージ６上の試料４に対するビームｂ１の照射方向の基準はＺ方向である。
【0023】
ビームｂ１が試料４の表面に照射されると、試料４の表面から二次荷電粒子ｂ２として二次電子等が放出される。検出器７は、その二次荷電粒子ｂ２を検出信号ｄ１として検出する。検出器７は、二次元に配列された素子を有するので、二次荷電粒子ｂ２による二次元の像を検出可能である。制御部１４は、電子光学系の制御信号におけるビームｂ１の走査信号と同期させるようにして、検出器７からの二次電子信号を検出信号ｄ１として検出・取得する。
【0024】
画像処理部１５は、検出信号ｄ１に基づいて、二次電子画像を生成する。この画像は二次元に配列された画素を有し、各画素は輝度等の情報を有する。画像表示部１６は、画像処理部１５で生成された二次電子画像を、表示画面において表示する。ユーザＵ１は、その表示画面でその画像を見ることができる。また、コンピュータシステム２は、各検出信号や二次電子画像等のデータを記憶部１８に記憶する。
【0025】
実施の形態１等において、光源８は、例えばレーザ光源が適用され、照射される光ａ１はレーザ光である。光ａ１は、これに限らず適用可能である。他の種類の光としては、例えば、白色光を分光して特定の分光を集光した光を適用可能である。
【0026】
荷電粒子ビーム装置１は、光制御部１３からの制御に基づいて、光源８からの光ａ１をステージ６上の物体に対し照射することができる。例えば、試料４に光ａ１を照射することで、試料４の帯電を抑制することができる。光源８は、制御に基づいて、光ａ１の照射のオン／オフやパワーを制御可能である。光源８には、光源調整ステージ９（言い換えると光源駆動機構）や、レンズ等の光学系が設けられている。光源調整ステージ９は、駆動によって光源８の位置や方向を調整する。この調整により、ステージ６上の物体に対する光ａ１の照射の位置や方向が調整可能である。光源８の位置は、例えば図示のＸ，Ｙ，Ｚ方向の各方向での位置が調整可能である。光源８の方向、すなわち光ａ１の照射の方向は、例えば図示の角度θ等で規定される方向が調整可能である。角度θは、Ｚ方向に対する入射角である。
【0027】
なお、実施の形態１等では、光源８からの光ａ１は、図示のように、ステージ６に対して角度θを持って斜めから照射されるように、各機構が配置されている。これは、ステージ６に対しＺ方向の上側には電子光学系等が配置されており、それらとの配置の重なりを避けているためである。各機構の配置等の構成は、これに限定されない。例えば、図１とは異なる位置に配置された光源８からの光を、ミラー等の光学系を用いて、ステージ６上の物体に対し所定の方向から照射する構成も可能である。また、光源８や光検出器１１等の機構は、真空室１２内の試料４等に対する光ａ１の照射や光ａ２の検出が可能なように、機構の一部が真空室１２内に配置されるように実装されている。これらの機構の実装構成についても特に限定されない。
【0028】
光源８から照射された光ａ１は、ステージ６上の物体、例えば位置調整マーク１０または試料４等の表面に照射され、二次光としての光ａ２が、光検出器１１によって検出信号ｃ１として検出される。検出信号ｃ１は、信号線を通じて、制御部１４や画像処理部１６に送られる。光検出器１１の一例は、２次元に撮像素子が配列されたＣＣＤカメラである。光検出器１１は、カメラに限らず、光の強度（対応する輝度）の変化が検出できるデバイスであればよい。
【0029】
荷電粒子ビーム装置１は、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを行う際には以下のように制御する。荷電粒子ビーム装置１は、図１のような状態となるように、ステージ６を移動させて、ステージ６上の位置調整マーク１０を位置Ｘ０に配置する。コンピュータシステム２は、制御部１４から電子光学系を制御して、位置調整マーク１０に対するビームｂ１の照射位置を制御する。また、コンピュータシステム２は、光制御部１３から光源８および光源調整ステージ９を制御して、位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射位置を制御する。これにより、位置調整マーク１０の位置Ｚ０の表面に対し、ビームｂ１と光ａ１との両方が照射される。
【0030】
光源８から発振したレーザ光は、光源調整ステージ９や光学系によって、位置調整マーク１０の表面に対する照射位置が調整される。光源８の位置が変更された場合には、それに伴って、光ａ１の照射位置も変更される。光源８の方向（例えば角度θ）が変更された場合には、それに伴って、光ａ１の照射位置も変更される。
【0031】
実施の形態１等で、照射する光ａ１としては、赤色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可視光源の特定波長を選択するか、高調波発生等によって波長を変換したものでもよい。
【0032】
画像表示部１６は、二次電子画像等の各種の画像を表示する他、ユーザＵ１による荷電粒子ビーム装置１の操作のためのＧＵＩを伴う表示画面を提供する。ユーザＵ１は、表示画面を見ながら各種の設定や機構の操作等が可能である。
【0033】
［１－３．コンピュータシステム］
図２は、コンピュータシステム２の構成例を示す。コンピュータシステム２は、コンピュータ２００と、コンピュータ２００に接続される入力装置２０５や表示装置２０６とで構成されている。コンピュータ２００は、プロセッサ２０１、メモリ２０２、通信インタフェース装置２０３、入出力インタフェース装置２０４、およびそれらを相互に接続するバス等で構成されている。入出力インタフェース装置２０４には、例えばキーボードやマウス等の入力装置２０５や、液晶ディスプレイ等の表示装置２０６が接続されている。通信インタフェース装置２０３は、図１の検出器７等の各部とも信号線で接続されており、それぞれとの間で信号の入出力または通信を行う。また、通信インタフェース装置２０３は、外部の装置（例えばサーバ）と所定の通信インタフェース（例えばＬＡＮ）で接続されて、外部の装置との通信を行ってもよい。
図２は、コンピュータシステム２の構成例を示す。コンピュータシステム２は、コンピュータ２００と、コンピュータ２００に接続される入力装置２０５や表示装置２０６とで構成されている。コンピュータ２００は、プロセッサ２０１、メモリ２０２、通信インタフェース装置２０３、入出力インタフェース装置２０４、およびそれらを相互に接続するバス等で構成されている。入出力インタフェース装置２０４には、例えばキーボードやマウス等の入力装置２０５や、液晶ディスプレイ等の表示装置２０６が接続されている。通信インタフェース装置２０３は、図１の検出器７等の各部とも信号線で接続されており、それぞれとの間で信号の入出力または通信を行う。また、通信インタフェース装置２０３は、外部の装置（例えばサーバ）と所定の通信インタフェース（例えばＬＡＮ）で接続されて、外部の装置との通信を行ってもよい。
【0034】
プロセッサ２０１は、例えばＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等で構成され、コンピュータシステム２のコントローラを構成する。プロセッサ２０１は、ソフトウェアプログラム処理に基づいて、コンピュータシステム２の機能および図１の制御部１３等の各部を実現する。機能は、ビームｂ１と光ａ１の照射位置を位置合わせする調整機能を含む。
【0035】
メモリ２０２は、不揮発性記憶装置等で構成され、プロセッサ２０１等が使用する各種のデータや情報を格納する。メモリ２０２には、制御プログラム２０２Ａ、設定情報２０２Ｂ、検出データ２０２Ｃ、および画像データ２０２Ｄ等が格納される。制御プログラム２０２Ａは、機能を実現するためのプログラムである。設定情報２０２Ｂは、制御プログラム２０２Ａの設定情報やユーザＵ１によるユーザ設定情報である。設定情報２０２Ｂは、例えば制御用の閾値等の情報を含んでもよい。検出データ２０２Ｃは、検出器７からの検出信号ｄ１や光検出器１１からの検出信号ｃ１に対応するデータである。画像データ２０２Ｄは、画像表示部１６に表示する画像のデータである。
【0036】
［１－４．位置調整マーク］
図３は、位置調整マーク１０の構成例を示す。図３の上側の（ａ）は、位置調整マーク１０をＸ－Ｙ面で上から見た構成を示し、図３の下側の（ｂ）は、位置調整マーク１０をＸ－Ｚ面で横から見た断面での構成を示す。（ａ）の上面を見た構成において、位置調整マーク１０は、所定の直径Ｒ０の円形であり、上面部２０、穴２１、および溝２２を有する。図示する点ｐ１は、位置調整マーク１０および穴２１の中心位置である。溝２２は、Ｘ方向の溝とＹ方向の溝とを合わせた十字形状を有し、溝２２の幅は、穴２１の直径Ｒ１と同じである。穴２１は、直径Ｒ１の円形である。直径Ｒ１は、例えば、荷電粒子ビーム装置１の視野を最も低倍率とした場合・時に、その視野内に穴２１が納まって見える大きさとする。なお、視野は、ビームｂ１に基づいて像として観察できる範囲である。そのために、穴２１の直径Ｒ１は、例えば数１００μｍのオーダーの寸法とする。
図３は、位置調整マーク１０の構成例を示す。図３の上側の（ａ）は、位置調整マーク１０をＸ－Ｙ面で上から見た構成を示し、図３の下側の（ｂ）は、位置調整マーク１０をＸ－Ｚ面で横から見た断面での構成を示す。（ａ）の上面を見た構成において、位置調整マーク１０は、所定の直径Ｒ０の円形であり、上面部２０、穴２１、および溝２２を有する。図示する点ｐ１は、位置調整マーク１０および穴２１の中心位置である。溝２２は、Ｘ方向の溝とＹ方向の溝とを合わせた十字形状を有し、溝２２の幅は、穴２１の直径Ｒ１と同じである。穴２１は、直径Ｒ１の円形である。直径Ｒ１は、例えば、荷電粒子ビーム装置１の視野を最も低倍率とした場合・時に、その視野内に穴２１が納まって見える大きさとする。なお、視野は、ビームｂ１に基づいて像として観察できる範囲である。そのために、穴２１の直径Ｒ１は、例えば数１００μｍのオーダーの寸法とする。
【0037】
（ｂ）の横から見た構成において、ステージ６の一部における上面のスタブに対して位置調整マーク１０が搭載される場合の構成例を示している。位置調整マーク１０は、例えばこのようにステージ６のスタブに対し着脱可能な構造を有してもよい。位置調整マーク１０の下面側の一部は凸部となっており、スタブの凹部に入り込むようにして装着・固定される。また、本例では、光ａ１の照射位置が、位置調整マーク１０および穴２１の中心点ｐ１に一致する場合を示している。スタブは、ステージ６の一部、例えば外周付近に用意されている、確認用のホルダの一種である。位置調整マーク１０の設置の態様は、これに限定されない。
【0038】
上面部２０は、高さの基準位置Ｚ０にあり、ステージ６上面からは高さｈ０を有する。溝２２は、ステージ６上面からは高さｈ１を有し、基準位置Ｚ０である上面部２０からは深さｈ２を有する。穴２１は、基準位置Ｚ０である上面部２０からは深さｈ３を有し、溝２２の深さｈ２よりも深い。穴２１の下側の開口は、ステージ６のスタブへの装着によって閉じられている。
【0039】
［１－５．位置調整マークを用いた調整］
図４は、図３の位置調整マーク１０を用いたビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせの調整について示す模式説明図である。図４の（１ａ），（１ｂ），（２ａ），（２ｂ），（２ｃ）は、調整中の状態の遷移例を示す。図４の（Ａ）における（１ａ）および（１ｂ）は、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像の例であり、低倍率の画像である。図４の（Ｂ）における（２ａ），（２ｂ），（２ｃ）は、光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいた画像（光検出器画像）の例である。なお、図４では穴２１に着目し、溝２２を省略している。
図４は、図３の位置調整マーク１０を用いたビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせの調整について示す模式説明図である。図４の（１ａ），（１ｂ），（２ａ），（２ｂ），（２ｃ）は、調整中の状態の遷移例を示す。図４の（Ａ）における（１ａ）および（１ｂ）は、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像の例であり、低倍率の画像である。図４の（Ｂ）における（２ａ），（２ｂ），（２ｃ）は、光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいた画像（光検出器画像）の例である。なお、図４では穴２１に着目し、溝２２を省略している。
【0040】
まず、ユーザＵ１は、二次電子画像を画像表示部１６にて目視確認する。位置調整マーク１０の穴２１全体が表示画面の画像で表示されるように、視野は低倍率とされる。ユーザは、画像を見ながら、操作によって、視野内に位置調整マーク１０が映るようにする。操作は、位置関係変更機構の操作である。（１ａ）の画像３０１は、視野の二次電子画像であり、本例では穴２１の一部が見えている状態である。ユーザＵ１は、画像を見ながら、操作３０２によって、視野内に位置調整マーク１０の穴２１全体が映るようにする。特に、ユーザＵ１は、操作３０２によって、視野の中心に穴２１の位置を合わせるようにする。操作３０２の例は、視野を一定としたまま、ステージ６をＸ方向の右に移動させることである。これにより、（１ｂ）のような画像３０３の状態となる。本例では、この画像３０３は、視野の中心点（２本の一点鎖線の交点として示す）に対し、穴２１の中心点ｐ１が殆ど一致した場合を示す。上記（Ａ）の調整によって、まず、視野の中心に対応するビームｂ１の照射位置（図１での位置Ｘ０）と、位置調整マーク１０の中心点ｐ１とが位置合わせされた状態となる。
【0041】
次に、図４の（Ｂ）において、光ａ１を用いた調整が行われる。ユーザＵ１は、光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいた画像（光検出器画像）を画像表示部１６にて目視確認する。なお、画像表示部１６の表示画面には、（Ａ）のような二次電子画像と（Ｂ）のような光検出器画像との一方を切り替えて表示することも、両方を同時に並列で表示することも、いずれも可能である。まず、例えば（２ａ）のような画像３０５が表示される。画像３０５の枠は、二次電子画像の視野と同じとなるように合わせられてもよい。この光検出器画像では、位置調整マーク１０の穴２１と、光３１１とが映っている。光３１１は、図１の二次光である光ａ２に対応する光像であり、光強度分布を持つ光照射領域、光照射径として映っている。画像では、例えば、穴２１は黒く、光３１１は白く見える。図１のように、位置調整マーク１０に対し斜めの位置に光検出器１１が配置されているので、画像３０５では、穴２１等が斜めに歪んで楕円状の領域として見える。
【0042】
ユーザＵ１は、操作３０６によって、光源調整ステージ９を動かすことで光源８の位置等を変化させて、位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射位置を変化させる。これにより、ユーザＵ１は、穴２１に光ａ１が照射されることで、光検出器画像内で光３１１の輝度が暗くなるような位置を探す。（２ｂ）の画像３０７は、このような操作３０６中の光３１１の変化例を示している。矢印で示す方向３０８は、光ａ１の照射位置を変化させる際の移動方向の一例である。本例では、この移動方向を１つの方向３０８のみとしているが、これに限らず、光源調整ステージ９等の機構の操作に応じて各方向に移動が可能である。ユーザＵ１は、操作３０９および探索の結果、光３１１の輝度が最も暗くなる状態として、例えば、（２ｃ）のような画像３１０の状態とする。この画像３１０では、光ａ１の照射位置が穴２１内に入っていることで、その光ａ１に対応する光３１２の輝度が暗くなっている。
【0043】
上記（Ｂ）の調整によって、視野の中心に対応するビームｂ１の照射位置（図１での位置Ｘ０）と、位置調整マーク１０の中心点ｐ１と、光ａ１の照射位置とが位置合わせされた状態となる。すなわち、位置調整マーク１０を用いて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とが位置合わせされた状態となる。
【0044】
［１－６．溝について］
図３の溝２２は、必須ではなく、設けない構成も可能であり、設けない場合でも、図４と同様の調整が可能である。実施の形態１では、溝２２を設けることで、図３の（ａ）のように上から見た円形の領域において、部分毎に異なる３種類の高さ・深さが設けられている。溝２２の作用としては以下が挙げられる。図４でも説明したように、ユーザＵ１は、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた画像や光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいた画像を見ながら、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせのための操作を行う。この操作は、ステージ６または光源８等を動かして、光ａ１とステージ６（特に位置調整マーク１０）との相対的な位置関係を変化させる操作を含む。この操作に従い、視野の画像内では、位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射による輝度の状態が変化する。光ａ１が照射される箇所（上面部２０、溝２２、穴２１）に応じて、異なる輝度として見える。なお、Ｘ－Ｙ面において、光ａ１の照射位置とは、光強度分布の中心点、例えば強度がピークとなる点である。
図３の溝２２は、必須ではなく、設けない構成も可能であり、設けない場合でも、図４と同様の調整が可能である。実施の形態１では、溝２２を設けることで、図３の（ａ）のように上から見た円形の領域において、部分毎に異なる３種類の高さ・深さが設けられている。溝２２の作用としては以下が挙げられる。図４でも説明したように、ユーザＵ１は、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた画像や光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいた画像を見ながら、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせのための操作を行う。この操作は、ステージ６または光源８等を動かして、光ａ１とステージ６（特に位置調整マーク１０）との相対的な位置関係を変化させる操作を含む。この操作に従い、視野の画像内では、位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射による輝度の状態が変化する。光ａ１が照射される箇所（上面部２０、溝２２、穴２１）に応じて、異なる輝度として見える。なお、Ｘ－Ｙ面において、光ａ１の照射位置とは、光強度分布の中心点、例えば強度がピークとなる点である。
【0045】
ユーザＵ１の操作（例えばステージ６の移動）に伴い、光ａ１の照射位置は、まず、上面部２０か溝２２になる場合が多い。操作に応じて、照射位置は、上面部２０から溝２２に変わったり、溝２２から上面部２０に変わったりする。例えば、照射位置が上面部２０から溝２２に変わった場合、それらの高さ・深さの違いから、光検出器画像での輝度が低くなる。よって、ユーザＵ１は、この輝度変化から、現在の光ａ１の照射位置が溝２２内にあることがわかる。次に、操作に応じて、光ａ１の照射位置は、溝２２に沿ってＸ方向またはＹ方向で移動される。これに従い、照射位置は、例えば溝２２から穴２１に変わる。この時、それらの高さ・深さの違いから、光検出器画像での輝度が大きく低くなる。よって、ユーザＵ１は、この輝度変化から、現在の光ａ１の照射位置が穴２１内にあることがわかる。こうして、ユーザＵ１は、操作に応じて、画像内の光の輝度が最も低い状態となるように、光ａ１の照射位置を、位置調整マーク１０の穴２１の中心点ｐ１付近に合わせることが容易に可能である。
【0046】
［１－７．光照射位置に応じた輝度変化］
図５は、図４の（Ｂ）のように位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射位置を変化させた場合における、光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいた、光照射位置に応じた輝度変化を示す模式説明図である。図５の上側の（ａ）は、図３の（ｂ）と同様の位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射位置の例を示す。光４０１，４０２，４０３は、光ａ１の照射の例である。本例では、各光の照射の方向（対応する角度θ）は一定であり、照射位置としてＸ方向の位置が異なる場合を示す。ユーザＵ１は、操作に基づいて、光源調整ステージ９によって光源８の位置等を変化させることで、位置調整マーク１０の上面に対する光ａ１の照射位置を例えばＸ方向で移動させる。光４０１や光４０３は、照射位置（白点で示す）が上面部２０または溝２２となる例であり、光４０２は、照射位置が穴２１内になる例である。
図５は、図４の（Ｂ）のように位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射位置を変化させた場合における、光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいた、光照射位置に応じた輝度変化を示す模式説明図である。図５の上側の（ａ）は、図３の（ｂ）と同様の位置調整マーク１０に対する光ａ１の照射位置の例を示す。光４０１，４０２，４０３は、光ａ１の照射の例である。本例では、各光の照射の方向（対応する角度θ）は一定であり、照射位置としてＸ方向の位置が異なる場合を示す。ユーザＵ１は、操作に基づいて、光源調整ステージ９によって光源８の位置等を変化させることで、位置調整マーク１０の上面に対する光ａ１の照射位置を例えばＸ方向で移動させる。光４０１や光４０３は、照射位置（白点で示す）が上面部２０または溝２２となる例であり、光４０２は、照射位置が穴２１内になる例である。
【0047】
図５の下側の（ｂ）のグラフは、横軸が例えばＸ方向での光照射位置（言い換えると基準位置からの距離）であり、縦軸が輝度（言い換えると対応する光強度）である。光４０２のように、光ａ１の照射位置が穴２１内になった場合・時には、グラフで示すように、輝度が低くなる。グラフの曲線は、穴２１の中心点ｐ１に対応する基準位置Ｘ０を中心として最も輝度が低くなり、位置Ｘ０から離れるほど輝度が高くなるような曲線である。
【0048】
実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、前述のように、位置調整マーク１０を用いてユーザＵ１の操作によってビームｂ１と光ａ１の照射位置の位置合わせを行うことができる。さらに、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、その位置合わせを、コンピュータシステム２の処理による自動調整、またはユーザ操作支援のための半自動調整として行うことも可能である。自動調整の場合、コンピュータシステム２は、以下のような処理を行う。
【0049】
コンピュータシステム２は、図５の（ｂ）のグラフについて、制御用に、輝度の閾値ＴＨ１を設定する。輝度が閾値ＴＨ１となる位置を、位置Ｘａ，Ｘｂで示す。位置Ｘａは、輝度が高い状態から低くなり始める位置の例である。位置Ｘｂは、輝度が低い状態から再び高くなり始める位置の例である。コンピュータシステム２は、検出信号ｃ１の画像と閾値ＴＨ１に基づいて、このような位置Ｘａ，Ｘｂを算出し、位置Ｘａと位置Ｘｂとの距離Ｌｘを算出する。コンピュータシステム２は、距離Ｌｘの二分の一にある位置（図５での位置Ｘ０）を算出する。コンピュータシステム２は、算出した位置を、中心として、この中心の位置に、光ａ１の照射位置を合わせる。あるいは、コンピュータシステム２は、このような位置（位置Ｘ０）を、画像表示部１６の表示画面で支援情報として表示する。そして、ユーザＵ１は、画像およびその支援情報を見ながら、操作によって、図４のように、光の輝度が最も低くなる位置を探して、その位置に光ａ１の照射位置を合わせるようにしてもよい。
【0050】
［１－８．効果等］
上記のように、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１によれば、ビームｂ１と光ａ１の照射領域または照射位置をなるべく明確に特定することができ、特に、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置（特に光強度分布中心位置）とを高精度に合わせることができる。これにより、実施の形態１によれば、安定した輝度の二次電子画像を取得することができる。
上記のように、実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１によれば、ビームｂ１と光ａ１の照射領域または照射位置をなるべく明確に特定することができ、特に、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置（特に光強度分布中心位置）とを高精度に合わせることができる。これにより、実施の形態１によれば、安定した輝度の二次電子画像を取得することができる。
【0051】
実施の形態１の荷電粒子ビーム装置１は、位置調整マーク１０に対しビームｂ１を照射して二次電子画像を観察しながら位置調整マーク１０を二次電子画像の視野中心に合わせ、次に位置調整マーク１０に対し光ａ１を照射して輝度変化を光検出器１１で検出して画像で観察し、最も輝度が低くなるように光源調整ステージ９等によって光ａ１の照射位置を調整する。これにより、二次電子画像の視野の中心と光ａ１の中心とを合わせることができ、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを合わせることができる。
【0052】
＜実施の形態２＞
図６～図８を用いて、実施の形態２について説明する。実施の形態２等における基本構成は実施の形態１と共通しており、以下では、実施の形態２等における実施の形態１とは異なる構成部分について説明する。図６等に示す実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１は、ステージ６上に配置される位置調整試料６０を用いて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを行う。この位置調整試料６０は、通常の試料４（図１）とは別の、位置合わせ用のデバイスである。位置調整試料６０は、観察対象の試料４がシリコンウエハである場合に、それに対応させた位置調整ウエハとして構成されている。位置調整試料６０は、例えば、観察対象の試料４と概略的に同じ形状を有する。位置調整試料６０の表面の構造は試料４とは異なる。
図６～図８を用いて、実施の形態２について説明する。実施の形態２等における基本構成は実施の形態１と共通しており、以下では、実施の形態２等における実施の形態１とは異なる構成部分について説明する。図６等に示す実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１は、ステージ６上に配置される位置調整試料６０を用いて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを行う。この位置調整試料６０は、通常の試料４（図１）とは別の、位置合わせ用のデバイスである。位置調整試料６０は、観察対象の試料４がシリコンウエハである場合に、それに対応させた位置調整ウエハとして構成されている。位置調整試料６０は、例えば、観察対象の試料４と概略的に同じ形状を有する。位置調整試料６０の表面の構造は試料４とは異なる。
【0053】
［２－１．概要］
実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１は、この位置調整用試料６０に対し、シリコンウエハと不純物拡散層とが形成する接合が活性化する波長の光ａ１を照射することで、位置調整用試料６０の表面の帯電を除去し、放出される二次電子を増加させる。コンピュータシステム２は、位置調整用試料６０に対して光ａ１を照射するとともにビームｂ１を照射した際に第１検出器が検出した第１検出信号に基づいて生成した画像に現れる光強度分布を計測する。それに基づいて、コンピュータシステム２は、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の強度分布のピーク位置との相関関係を算出する。コンピュータシステム２は、その相関関係に基づいて、光ａ１の照射位置とステージ６の位置との位置関係における変化量を算出し、その変化量に基づいて機構を制御して位置関係を変化させることで、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の強度分布のピーク位置とを位置合わせするように調整する。
実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１は、この位置調整用試料６０に対し、シリコンウエハと不純物拡散層とが形成する接合が活性化する波長の光ａ１を照射することで、位置調整用試料６０の表面の帯電を除去し、放出される二次電子を増加させる。コンピュータシステム２は、位置調整用試料６０に対して光ａ１を照射するとともにビームｂ１を照射した際に第１検出器が検出した第１検出信号に基づいて生成した画像に現れる光強度分布を計測する。それに基づいて、コンピュータシステム２は、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の強度分布のピーク位置との相関関係を算出する。コンピュータシステム２は、その相関関係に基づいて、光ａ１の照射位置とステージ６の位置との位置関係における変化量を算出し、その変化量に基づいて機構を制御して位置関係を変化させることで、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の強度分布のピーク位置とを位置合わせするように調整する。
【0054】
実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１は、実施の形態１と同様の構成要素に加え、ステージ６上に配置される位置調整用試料６０を備える。この位置調整用試料６０は、シリコンウエハの表面において、第１領域として絶縁膜が形成され、第２領域として導電性プラグが形成され、第２領域の下には不純物拡散層が形成され、表面において導電性プラグおおび不純物拡散層が周期的に配置されている。
【0055】
［２－２．荷電粒子ビーム装置］
図６は、実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。図６の構成は、図１の構成に対し主に異なる点としては、位置調整マーク１０に代えて、位置調整試料６０を有する。位置合わせの際には、図６のように、ステージ６上に位置調整用試料６０が配置される。例えば、ステージ６上の試料ホルダ５に位置調整用試料６０が搭載・固定される。なお、位置合わせ後では、操作に基づいて、ステージ６上に観察対象の試料４が配置され、視野に試料４が配置され、試料４の観察が可能である。
図６は、実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。図６の構成は、図１の構成に対し主に異なる点としては、位置調整マーク１０に代えて、位置調整試料６０を有する。位置合わせの際には、図６のように、ステージ６上に位置調整用試料６０が配置される。例えば、ステージ６上の試料ホルダ５に位置調整用試料６０が搭載・固定される。なお、位置合わせ後では、操作に基づいて、ステージ６上に観察対象の試料４が配置され、視野に試料４が配置され、試料４の観察が可能である。
【0056】
荷電粒子ビーム装置１は、位置調整ウエハ６０の表面に対し、ビームｂ１を照射するとともに光ａ１を照射する。これにより、位置調整試料６０は、図７の光照射部分のＰＮ接合６５にキャリア６１２が発生し、二次電子放出量が変化するという構造を有する。
【0057】
［２－２．位置調整試料］
図７は、位置調整試料６０の構造例を示し、特に位置調整試料６０の表面付近の断面を示す。位置調整試料６０は、Ｐ型半導体基板６１にＮ型イオンドーピングにより形成されたＮ型半導体６２（言い換えると不純物拡散層）によって、ＰＮ接合６５が形成されている。各ＰＮ接合６５（対応するＮ型半導体６２）上には、導電性プラグとしてポリシリコン（Poly Si）プラグ６３が形成されている。ポリシリコンプラグ６３の側面は、ＳｉＯ２酸化膜等の絶縁膜６４によって覆われている。位置調整試料６０の表面であるＸ－Ｙ面には、このような複数のポリシリコンプラグ６３が所定の周期で配列されている。ポリシリコンプラグ６３に用いる材料は、光源８からの光ａ１の波長の透過性が高い材料としている。この材料は、使用する光ａ１の波長に合わせた材料に変更されてもよい。
図７は、位置調整試料６０の構造例を示し、特に位置調整試料６０の表面付近の断面を示す。位置調整試料６０は、Ｐ型半導体基板６１にＮ型イオンドーピングにより形成されたＮ型半導体６２（言い換えると不純物拡散層）によって、ＰＮ接合６５が形成されている。各ＰＮ接合６５（対応するＮ型半導体６２）上には、導電性プラグとしてポリシリコン（Poly Si）プラグ６３が形成されている。ポリシリコンプラグ６３の側面は、ＳｉＯ２酸化膜等の絶縁膜６４によって覆われている。位置調整試料６０の表面であるＸ－Ｙ面には、このような複数のポリシリコンプラグ６３が所定の周期で配列されている。ポリシリコンプラグ６３に用いる材料は、光源８からの光ａ１の波長の透過性が高い材料としている。この材料は、使用する光ａ１の波長に合わせた材料に変更されてもよい。
【0058】
荷電粒子ビーム装置１は、位置調整試料６０の表面に対し、低加速エネルギーのビームｂ１（例えばビーム６０１）を照射する。この場合、位置調整試料６０の表面から、二次荷電粒子ｂ２として二次電子６０２が放出される。この時、表面のポリシリコンプラグ６３から二次電子６０２が放出されることによって、ポリシリコンプラグ６３の表面が正に帯電する。この帯電６０３の影響によって、この時の二次電子６０２の検出に基づいた二次電子画像では、輝度値が小さく、暗い画像となる。
【0059】
一方、荷電粒子ビーム装置１は、位置合わせの際、上記のようにビームｂ１が照射済みである位置調整試料６０の表面に対し、光源８からの光ａ１（例えば光６１１）を照射する。ＰＮ接合６５がある部分に対し、バンドギャップを超える波長域の光６１１が照射される。ポリシリコンプラグ６３は、光６１１を良く透過し、透過した光はＮ型半導体６２およびＰＮ接合６５に照射される。これによって、電荷を持つキャリア６１２が発生する。発生したキャリア６１２は、表面の正の帯電６０３によって偏っていた電荷を打ち消すように作用する。よって、光ａ１が照射されたポリシリコンプラグ６３は、再び二次電子６１３の放出量が増加し、二次荷電粒子ｂ２の検出に基づいた二次電子画像は、輝度値が大きく、明るい画像となる。
【0060】
本例では、位置調整試料６０の表面における絶縁膜６４とポリシリコンプラグ６３との周期的な配置として、ポリシリコンプラグ６３の行列状の配置としたが、これに限らずに可能である。
【0061】
［２－３．位置調整試料を用いた調整］
図８は、位置調整試料６０を用いた位置合わせ時における、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像の表示例を示す模式説明図である。この二次電子画像は、視野に対応する画像において、ビームｂ１と光ａ１との両方が照射された場合の位置調整試料６０の上面を観察した画像である。
図８は、位置調整試料６０を用いた位置合わせ時における、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像の表示例を示す模式説明図である。この二次電子画像は、視野に対応する画像において、ビームｂ１と光ａ１との両方が照射された場合の位置調整試料６０の上面を観察した画像である。
【0062】
図８の（Ａ）の二次電子画像である画像７０１は、四角で示す視野内に光ａ１の照射領域である光７０２が納まっている場合を示す。光７０２は、光ａ１の照射位置を中心として光強度分布を持つ領域であり、言い換えると照射径や光像である。本例では、視野の中心（２本の二点鎖線の交点として示す）に対し、概略的に光ａ１の照射位置が合っている場合を示す。視野のサイズは、光ａ１の照射径である光７０２の全体を確認できるように、例えば１００～２００μｍとされる。図６のポリシリコンプラグ６３の径Ｒ６３は、視野のサイズに対して十分に細かい。そのため、コンピュータシステム２は、図８の（Ａ）のように、光ａ１を照射した部分に光強度分布の光７０２が現れたような二次電子画像を取得することができる。
【0063】
図８の（Ｂ）は、（Ａ）の一部の領域７０３の拡大図を示す。このように位置調整試料６０の表面を拡大してみた場合、複数のポリシリコンプラグ６３が行列状に配列された構造となっている。図７で説明した原理により、光ａ１が照射された部分（ポリシリコンプラグ６３Ａ）は相対的に明るくなり、光ａ１が照射されない部分（ポリシリコンプラグ６３Ｂ）は相対的に暗くなる。なお、ポリシリコンプラグ６３の径Ｒ６３と間隔Ｐ６３の寸法は、調整で用いる視野のサイズや画像のピクセル分解能等に応じて変更されてもよい。
【0064】
図８の（Ａ）の画像での光７０２は、理想の円形となる場合である。この場合、光ａ１の照射中心である照射位置は、この光７０２の円形の中心点に相当する。荷電粒子ビーム装置１は、画像での光７０２が円形となるように、光源８やレンズ等の機構によって、光ａ１の照射における形状や収差等を補正する。照射面および画像での光７０２を円形とすることで、ユーザＵ１は、位置合わせの調整がよりしやすい。
【0065】
しかしながら、例えば図６のようにステージ６上の物体に対し斜めの方向から光ａ１を照射する構成であるため、機構による補正が無い場合には、画像での光の形状や強度分布には偏りや歪みが生じる。その場合、光ａ１の照射中心としての有効部分は、光ａ１の強度分布が最も強く表れる位置が相当する。この場合でも、ユーザＵ１は、二次電子画像を見ながら、光ａ１の強度分布が最も強く表れる位置（画像上で最も明るい位置）を、二次電子画像の視野の中心に合わせるように調整すればよい。これにより、位置調整試料６０を通じて、視野の中心に対応付けられるビームｂ１の照射位置と、光ａの照射位置とを位置合わせすることができる。
【0066】
なお、（Ａ）の低倍率の視野の画像７０１では、位置調整試料６０の表面の複数のポリシリコンプラグ６３は、配列が細かいので、言い換えると密度が高いので、ユーザＵ１には殆ど見えない。よって、光７０２は、ユーザＵ１には、複数の円や点の群ではなく、殆ど１つの円形として見える。そして、その円形の光７０２の中で、明るさの濃淡が見える。
【0067】
なお、コンピュータシステム２は、各画像の表示の際には、グラフィカル・ユーザ・インタフェース（ＧＵＩ）の一例として、視野の中心点等を、支援情報として表示してもよい。例えば、図示のような２本の一点鎖線を、視野の中心を表す線の画像として表示してもよい。
【0068】
［２－４．効果等］
実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１によれば、ビームｂ１と光ａ１とを照射した際の第１検出信号に基づいてビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置、特に光強度分布のピーク位置とを合わせることができる。これにより、安定した輝度の二次電子画像を取得することができる。
実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１によれば、ビームｂ１と光ａ１とを照射した際の第１検出信号に基づいてビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置、特に光強度分布のピーク位置とを合わせることができる。これにより、安定した輝度の二次電子画像を取得することができる。
【0069】
実施の形態２の荷電粒子ビーム装置１は、位置調整試料６０に対しビームｂ１と光ａ１を照射して取得した二次電子画像を観察しながら、光照射径の最も輝度が高い部分を視野中心に合わせるように、光源調整ステージ９等によって光ａ１の照射位置を調整する。実施の形態２によれば、先行技術例のように、ビーム照射時の第１検出信号と光照射時の第２検出信号との差分から光照射位置を合わせるような機構を用いることなく、ビームｂ１と光ａ１の照射時の検出信号ｄ１のみを取得することで、ビームｂ１と光ａ１の照射位置を合わせることができる。
【0070】
実施の形態２では、図７のようにビームｂ１と光ａ１の照射に応じて放出される二次電子を多くして明るくする構造の位置調整試料６０を用いることで、光検出器１１を用いなくても、二次電子画像において光ａ１の強度分布を光照射径（光７０２）として視覚的に確認することができる。ユーザＵ１は、光ａ１の強度分布を視覚的に確認しやすい。これにより、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の強度分布のピーク位置とを高精度に位置合わせすることができる。
【0071】
実施の形態２では、位置調整試料６０の使用時には、検出器７からの検出信号ｄ１を用いればよく、光検出器１１の検出信号ｃ１については用いない。実施の形態２では、光検出器１１については、光ａ１の照射の際の光強度分布の確認等の用途で利用できる。変形例としては、光検出器１１を設けない形態も可能である。
【0072】
位置調整試料６０は、ウエハのままで使用する形態に限らない。位置調整試料６０は、ウエハとして製造されたものを、荷電粒子ビーム装置１のステージ６上に搭載可能である好適なサイズに切り出したものとして使用されてもよい。
【0073】
本開示の例では、ビームｂ１と光ａ１との照射位置の差が数十μｍオーダーである場合、および位置調整試料６０のポリシリコンプラグ６３のサイズ（径Ｒ６３）が数μｍオーダーである場合を想定した。すなわち、調整対象である照射位置の差の距離に対し、画像上の光７０２を構成する点のサイズが十分に小さい。これに限らず、構成要素は他のサイズも適用可能である。
【0074】
＜実施の形態３＞
図９～図１０を用いて、実施の形態３について説明する。図９等に示す実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１は、実施の形態１で説明した位置調整マーク１０と、実施の形態２で説明した位置調整用試料６０との両方を用いて、ビームｂ１と光ａ１の照射位置の位置合わせを、２段階の調整として行う。実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１は、まず位置調整マーク１０を用いて粗調整（第１調整とする）を行い、次に位置調整用試料を用いて精調整（第２調整とする）を行う。第２調整は、第１調整での位置合わせ結果の精度よりも高い精度の位置合わせ結果にすることを意味する。
図９～図１０を用いて、実施の形態３について説明する。図９等に示す実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１は、実施の形態１で説明した位置調整マーク１０と、実施の形態２で説明した位置調整用試料６０との両方を用いて、ビームｂ１と光ａ１の照射位置の位置合わせを、２段階の調整として行う。実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１は、まず位置調整マーク１０を用いて粗調整（第１調整とする）を行い、次に位置調整用試料を用いて精調整（第２調整とする）を行う。第２調整は、第１調整での位置合わせ結果の精度よりも高い精度の位置合わせ結果にすることを意味する。
【0075】
なお、実施の形態３では、位置調整マーク１０を粗調整（第１調整）に使用し、位置調整試料６０を精調整（第２調整）に使用する場合を示すが、このような関係での使用には限定されない。実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１は、例えばユーザＵ１が選択したもの（位置調整マーク１０または位置調整試料６０）を用いて位置合わせ調整を行ってもよい。
【0076】
［３－１．荷電粒子ビーム装置］
図９は、実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。図９の構成は、図１や図６の構成に対し主に異なる点としては、ステージ６上に位置調整マーク１０と位置調整試料６０との両方が配置されている。位置調整マーク１０の構成は実施の形態１と同様であり、位置調整試料６０の構成は実施の形態２と同様である。荷電粒子ビーム装置１は、位置関係変更機構として例えばステージ６の移動の制御によって、基準位置Ｘ０（Ｘ方向でのビームｂ１の照射の基準位置）に対し、位置調整マーク１０を配置することや、位置調整試料６０を配置することが可能である。図９では基準位置Ｘ０に位置調整マーク１０が配置されている状態を示す。
図９は、実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。図９の構成は、図１や図６の構成に対し主に異なる点としては、ステージ６上に位置調整マーク１０と位置調整試料６０との両方が配置されている。位置調整マーク１０の構成は実施の形態１と同様であり、位置調整試料６０の構成は実施の形態２と同様である。荷電粒子ビーム装置１は、位置関係変更機構として例えばステージ６の移動の制御によって、基準位置Ｘ０（Ｘ方向でのビームｂ１の照射の基準位置）に対し、位置調整マーク１０を配置することや、位置調整試料６０を配置することが可能である。図９では基準位置Ｘ０に位置調整マーク１０が配置されている状態を示す。
【0077】
［３－２．処理フロー］
図１０は、実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１における、ビームｂ１と光ａ１との位置合わせを行う場合の処理や動作を含むフローを示し、ステップＳ１０１～Ｓ１０８を有する。本フローは、大別して、ステップＳ１０１～Ｓ１０３で示す第１調整と、ステップＳ１０４～Ｓ１０６で示す第２調整とを有する。
図１０は、実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１における、ビームｂ１と光ａ１との位置合わせを行う場合の処理や動作を含むフローを示し、ステップＳ１０１～Ｓ１０８を有する。本フローは、大別して、ステップＳ１０１～Ｓ１０３で示す第１調整と、ステップＳ１０４～Ｓ１０６で示す第２調整とを有する。
【0078】
ステップＳ１０１で、コンピュータシステム２は、位置関係変更機構（例えばステージ６）の駆動制御によって、ビームｂ１が照射される基準位置に、位置調整マーク１０を配置する。ステップＳ１０２で、コンピュータシステム２は、制御部１４の制御に基づいて、位置調整マーク１０にビームｂ１を照射し、検出器７の検出信号ｄ１に基づいて二次電子画像を生成して表示する。ユーザＵ１は、その画像を見ながら操作することで、視野内の中心に位置調整マーク１０を合わせるように調整する（図４の（Ａ）と同様）。
【0079】
ステップＳ１０３で、コンピュータシステム２は、光制御部１３の制御に基づいて、位置調整マーク１０に対し、光ａ１を照射し、光検出器１１の検出信号ｃ１に基づいて、光検出器画像を生成して表示する。ユーザＵ１は、その画像を見ながら操作することで、光ａ１の照射位置を位置調整マーク１０（対応するビームｂ１の照射位置）に合わせるように調整する（図４の（Ｂ）と同様）。これにより、第１調整が終了する。
【0080】
次に、ステップＳ１０４で、コンピュータシステム２は、位置関係変更機構（例えばステージ６）の駆動制御によって、ビームｂ１が照射される基準位置に、位置調整試料６０を配置する。ステップＳ１０５で、コンピュータシステム２は、制御部１４の制御に基づいて、位置調整試料６０に対し、ビームｂ１を照射する。それとともに、コンピュータシステム２は、光制御部１３の制御に基づいて、位置調整試料６０に対し、光ａ１を照射する。コンピュータシステム２は、検出器７の検出信号ｄ１に基づいて二次電子画像を生成して表示する。
【0081】
ステップＳ１０６で、ユーザＵ１は、その画像を見ながら操作することで、視野内の中心（対応するビームｂ１の照射位置）に光ａ１の照射位置（光照射領域の光強度分布の中心）を合わせるように調整する（図８と同様）。これにより、第２調整が終了する。
【0082】
ステップＳ１０７で、コンピュータシステム２は、位置関係変更機構（例えばステージ６）の駆動制御によって、上記位置合わせ済みの基準位置に、観察対象の試料４を配置する。ステップＳ１０８で、コンピュータシステム２は、機構の制御によって、試料４に対し、ビームｂ１と光ａ１を照射し、検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像を得て、試料４の観察を行う。
【0083】
［３－３．効果等］
実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１によれば、まず、光ａ１（レーザ光）を照射して輝度が低下した位置に光ａ１を合わせることができる構造の位置調整マーク１０を用いて、粗調整（第１調整）を行うことができる。その後、その光ａ１（レーザ光）の波長の帯域を良く透過・吸収できる部分を持つ構造の位置調整用試料６０を用いて、光ａ１とビームｂ１を照射して得た第１検出信号に現れる光強度分布とビーム照射位置とを合わせる精調整（第２調整）を行うことができる。実施の形態３によれば、ユーザＵ１による画像を見ながらの操作を交えながら、そのような２段階の調整を行うことで、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを、高精度かつ効率的に実現できる。さらに、実施の形態３によれば、精調整（第２調整）を自動化することも可能であり、これにより、光ａ１とビームｂ１との位置関係の調整を、ユーザＵ１の作業手間を少なく簡便に実現することができる。
実施の形態３の荷電粒子ビーム装置１によれば、まず、光ａ１（レーザ光）を照射して輝度が低下した位置に光ａ１を合わせることができる構造の位置調整マーク１０を用いて、粗調整（第１調整）を行うことができる。その後、その光ａ１（レーザ光）の波長の帯域を良く透過・吸収できる部分を持つ構造の位置調整用試料６０を用いて、光ａ１とビームｂ１を照射して得た第１検出信号に現れる光強度分布とビーム照射位置とを合わせる精調整（第２調整）を行うことができる。実施の形態３によれば、ユーザＵ１による画像を見ながらの操作を交えながら、そのような２段階の調整を行うことで、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを、高精度かつ効率的に実現できる。さらに、実施の形態３によれば、精調整（第２調整）を自動化することも可能であり、これにより、光ａ１とビームｂ１との位置関係の調整を、ユーザＵ１の作業手間を少なく簡便に実現することができる。
【0084】
【0085】
［４－１．荷電粒子ビーム装置］
図１１は、実施の形態４の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。実施の形態４の荷電粒子ビーム装置１は、前述の図１の光検出器１１が不要であるため設けられておらず、検出系は１つの検出器７Ｂとして設けられている。検出器７Ｂは、入射側に、エネルギーフィルタ７Ｃが配置されている。制御部１４は、検出器７Ｂおよびエネルギーフィルタ７Ｃと接続されている。制御部１４は、エネルギーフィルタ７Ｃの切り替え等を制御する。制御部１４は、検出器７Ｂからの検出信号ｅ１を取得する。
図１１は、実施の形態４の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。実施の形態４の荷電粒子ビーム装置１は、前述の図１の光検出器１１が不要であるため設けられておらず、検出系は１つの検出器７Ｂとして設けられている。検出器７Ｂは、入射側に、エネルギーフィルタ７Ｃが配置されている。制御部１４は、検出器７Ｂおよびエネルギーフィルタ７Ｃと接続されている。制御部１４は、エネルギーフィルタ７Ｃの切り替え等を制御する。制御部１４は、検出器７Ｂからの検出信号ｅ１を取得する。
【0086】
ステージ６上の物体に対する光源８からの光ａ１の照射に応じて、光電子ａ３が発生する。検出器７Ｂは、ビームｂ１の照射によって発生する二次荷電粒子ｂ２と、光ａ１の照射によって発生する光電子ａ３との両方を検出する。ビームｂ１の照射に起因する二次荷電粒子ｂ２と、光ａ１の照射に起因する光電子ａ３とでは、エネルギー差があり、二次荷電粒子ｂ２の方が光電子ａ３よりも高エネルギーである。
【0087】
実施の形態４では、コンピュータシステム２は、ビームｂ１に基づいた二次荷電粒子ｂ２を検出したい場合・時間と、光ａ１に基づいた光電子ａ３を検出したい場合・時間とで、検出を制御する。その制御の具体例として、制御部１４は、エネルギーフィルタ７Ｃの切り替え等の制御をすることで、検出器７Ｂによって二次荷電粒子ｂ２と光電子ａ３とを弁別して検出する。検出信号ｅ１は、その時の切り替え等の制御に応じた内容の信号として、二次荷電粒子ｂ２の検出信号、または光電子ａ３の検出信号となる。
【0088】
エネルギーフィルタ７Ｃは、例えば所定のエネルギー成分をカットオフし、別の所定のエネルギー成分をパスさせるフィルタである。コンピュータシステム２は、ビームｂ１を検出したい場合・時間では、エネルギーフィルタ７Ｃを第１状態に制御することで、二次荷電粒子ｂ２を検出信号ｅ１として検出する。コンピュータシステム２は、光電子ａ３を検出したい場合・時間では、エネルギーフィルタ７Ｃを第２状態に制御することで、光電子ａ３を検出信号ｅ１として検出する。エネルギーフィルタ７Ｃの制御は、検出器７Ｂの入射側におけるエネルギーフィルタ７Ｃの挿入と非挿入との切り替えとしてもよい。画像処理部１５は、検出信号ｅ１に基づいて、二次電子画像や光電子画像を生成する。画像表示部１６は、それらの画像を表示する。
【0089】
実施の形態４の荷電粒子ビーム装置１は、位置合わせの際には、実施の形態１と同様に、ステージ６上の位置調整マーク１０に対し、ビームｂ１と光ａ１を照射し、検出器７Ｂの検出信号ｅ１に基づいて、二次電子画像や光電子画像を表示する。光電子画像は、図４の（Ｂ）の光検出器画像と同様に、光電子ａ３による輝度が反映された画像となる。ユーザＵ１は、それらの画像を見ながら、位置関係変更機構（例えばステージ６や光源調整ステージ９）を操作することで、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを合わせることができる。
【0090】
［４－２．位置調整マーク］
図１２は、実施の形態４における位置調整マーク１０（１０Ｂ）の構成例を示す。この位置調整マーク１０Ｂは、図１１の検出器７Ｂを含む構成に基づいて光電効果を利用する場合に対応した構造を有する。位置調整マーク１０Ｂは、（ａ）の上から見た場合の構成では、例えば円形の上面部２０と、中心の穴２１とを有する。位置調整マーク１０Ｂは、（ｂ）の横から見た場合の構成では、例えば一定の高さｈ０を有する。
図１２は、実施の形態４における位置調整マーク１０（１０Ｂ）の構成例を示す。この位置調整マーク１０Ｂは、図１１の検出器７Ｂを含む構成に基づいて光電効果を利用する場合に対応した構造を有する。位置調整マーク１０Ｂは、（ａ）の上から見た場合の構成では、例えば円形の上面部２０と、中心の穴２１とを有する。位置調整マーク１０Ｂは、（ｂ）の横から見た場合の構成では、例えば一定の高さｈ０を有する。
【0091】
位置調整マーク１０Ｂは、上面部２０が材料ＭＡで構成され、穴２１は、空洞ではなく、材料ＭＢで構成されている。材料ＭＡは、第１材質を有し、材料ＭＢは、第２材質を有する。それらの材質は、所定の関係を有する。所定の関係は、例えば限界振動数ｖ０についての関係である。材料ＭＡの限界振動数ｖ０をｖ０Ａとし、材料ＭＢの限界振動数ｖ０をｖ０Ｂとする。所定の関係は、ｖ０Ｂ＞ｖ０Ａであり、材料ＭＢの限界振動数ｖ０Ｂの方が材料ＭＡの限界振動数ｖ０Ａよりも大きい。このような材質の関係を持つ構造によって、位置調整マーク１０Ｂの表面において、光ａ１に対する光電子ａ３の発生の量に関する分布が形成される。本例では、少なくとも２種類の領域として、上面部２０と穴２１とが形成される。光ａ１の照射位置が上面部２０である場合の光電子ａ３の量に対し、光ａ１の照射位置が穴２１である場合の光電子ａ３の量は、低くなる。
【0092】
［４－３．光照射位置に応じた輝度変化］
図１３は、図１２の位置調整マーク１０Ｂに対する光ａ１（レーザ光）の照射位置に応じた、光電子ａ３の検出の量の変化を示す。光ａ１の照射に対し、光電子ａ３と反射光ａ４とが生じる。下側のグラフは、Ｘ方向の光ａ１の照射位置と光電子ａ３の量との関係を示す。本例のグラフでは、光ａ１の照射位置が上面部２０（材料ＭＡ）にある場合と、穴２１（材料ＭＢ）にある場合とで、光電子量には概略的にＥＡとＥＢの違いが生じる。実施の形態４の荷電粒子ビーム装置１は、検出器７Ｂによって、位置調整マーク１０Ｂからこのような光電子ａ３を検出信号ｅ１として検出する。ユーザは、検出信号ｅ１に基づいた光電子画像から、光電子ａ３の量の変化に応じた輝度の変化を目視確認できるので、位置合わせを容易に行うことができる。また、コンピュータシステム２は、光電子ａ３の量の差を検出し判断することにより、実施の形態１と同様に、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを調整することができる。
図１３は、図１２の位置調整マーク１０Ｂに対する光ａ１（レーザ光）の照射位置に応じた、光電子ａ３の検出の量の変化を示す。光ａ１の照射に対し、光電子ａ３と反射光ａ４とが生じる。下側のグラフは、Ｘ方向の光ａ１の照射位置と光電子ａ３の量との関係を示す。本例のグラフでは、光ａ１の照射位置が上面部２０（材料ＭＡ）にある場合と、穴２１（材料ＭＢ）にある場合とで、光電子量には概略的にＥＡとＥＢの違いが生じる。実施の形態４の荷電粒子ビーム装置１は、検出器７Ｂによって、位置調整マーク１０Ｂからこのような光電子ａ３を検出信号ｅ１として検出する。ユーザは、検出信号ｅ１に基づいた光電子画像から、光電子ａ３の量の変化に応じた輝度の変化を目視確認できるので、位置合わせを容易に行うことができる。また、コンピュータシステム２は、光電子ａ３の量の差を検出し判断することにより、実施の形態１と同様に、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置合わせを調整することができる。
【0093】
光電効果による光電子ａ３を利用する場合において、位置調整マーク１０は、上記材質の違いによる構造に限らず、前述の図３の例のように形状の違いによる構造も適用可能である。
【0094】
＜実施の形態５＞
図１４～図１９を用いて、実施の形態５について説明する。実施の形態５は、光ａ１の照射位置をビームｂ１の照射位置に対して自動的に合わせる機能（自動調整機能）を有する。これにより、ユーザＵ１の操作を最低限として位置合わせが可能である。ユーザＵ１は、自動調整機能のみを用いて調整を行ってもよいし、前述の各実施の形態と同様に自分で操作してある程度調整した後に、自動調整機能による調整を行ってもよい。
図１４～図１９を用いて、実施の形態５について説明する。実施の形態５は、光ａ１の照射位置をビームｂ１の照射位置に対して自動的に合わせる機能（自動調整機能）を有する。これにより、ユーザＵ１の操作を最低限として位置合わせが可能である。ユーザＵ１は、自動調整機能のみを用いて調整を行ってもよいし、前述の各実施の形態と同様に自分で操作してある程度調整した後に、自動調整機能による調整を行ってもよい。
【0095】
［５－１．荷電粒子ビーム装置］
図１４は、実施の形態５の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。実施の形態５の荷電粒子ビーム装置１は、実施の形態２の図６の位置調整試料６０を含む構成に加え、光源８の出射側にはレンズ５１およびレンズ調整ステージ５２を備える。レンズ５１にはレンズ調整ステージ５２が接続されている。光制御部１３は、光源８、光源調整ステージ９、およびレンズ調整ステージ５２の駆動を制御する。
図１４は、実施の形態５の荷電粒子ビーム装置１の構成を示す。実施の形態５の荷電粒子ビーム装置１は、実施の形態２の図６の位置調整試料６０を含む構成に加え、光源８の出射側にはレンズ５１およびレンズ調整ステージ５２を備える。レンズ５１にはレンズ調整ステージ５２が接続されている。光制御部１３は、光源８、光源調整ステージ９、およびレンズ調整ステージ５２の駆動を制御する。
【0096】
荷電粒子ビーム装置１は、レンズ調整ステージ５２の駆動制御に基づいたレンズ５１の調整によって、光源８からの光ａ１の照射方向等を変更できる。これにより、光源８の位置の制御と合わせて、ステージ６上の照射面に対する光ａ１の照射位置や角度θの変更が可能である。また、レンズ５１およびレンズ調整ステージ５２等を用いた光学系の設計によって、ステージ６上の照射面における光照射領域の形状を、理想の円形に近付けるように補正することができる。なお、このような機構は、前述の実施の形態１等でも同様に設けてもよい。
【0097】
［５－２．自動調整］
以下、実施の形態５におけるビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを自動的に位置合わせする自動調整について説明する。
以下、実施の形態５におけるビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置とを自動的に位置合わせする自動調整について説明する。
【0098】
図１５は、自動調整の処理手順についての模式説明図である。荷電粒子ビーム装置１は、ステージ６上の位置調整試料６０に対し、ビームｂ１と光ａ１を照射する。その時、検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像には、図１５のグラフの例のように、光強度分布が現れる。コンピュータシステム２は、この光強度分布を計測することにより、ビームｂ１と光ａ１の照射位置を合わせることができる。レンズ５１は、レンズ調整ステージ５２によって、例えばＸ方向で位置が変更でき、それにより、照射面での光ａ１の照射位置が変更できる。
【0099】
図１５のグラフは、分布関数であり、横軸が位置調整試料６０の表面（例えばＸ方向）に対する光ａ１の照射位置（基準位置からの距離）、縦軸が光ａ１の輝度（対応する強度）である。ビームｂ１の照射の基準位置をＸ０とする。光ａ１の照射位置が例えば位置Ｘ１である場合、光強度分布は、図示のような分布関数となる。位置Ｘ１は、輝度が最も高いピーク位置であり、光ａ１の強度分布の中心である。コンピュータシステム２は、検出信号ｄ１に基づいて、このような分布関数を把握する。σ２は、分布関数における分散である。コンピュータシステム２は、分布関数から、ビームｂ１の照射位置に対応する基準位置Ｘ０と、輝度のピークの位置Ｘ１との距離Ｋを算出する。この距離Ｋは、その時点における、光ａ１の照射位置として特に光強度分布の中心位置と、ビームｂ１の照射位置との差、言い換えると位置のずれである。よって、コンピュータシステム２は、この距離Ｋを小さくするように、位置関係変更機構にフィードバック制御を行う。コンピュータシステム２は、例えば、光源調整ステージ９やレンズ調整ステージ５２を制御して、光源８の位置や光ａ１の照射方向を変更し、距離Ｋを小さくするように、光ａ１の照射位置を基準位置Ｘ０に近付ける。この制御は、フィードバック制御ループとして繰り返し行うことで、次第に距離Ｋを０に近付けることができる。
【0100】
図１５の（Ｂ）の視野の画像９０１は、（Ａ）の例に対応した、位置調整試料６０が映った二次電子画像である。光９０２は、光強度分布を持つ光ａ１の照射径の例であり、補正によって理想の円形となっている。前述のように、位置調整試料６０の構造によって、二次電子画像上で光９０２が可視化される。Ｘ方向でのＡ－Ａ’の断面が、（Ａ）の分布関数と対応している。荷電粒子ビーム装置１は、自動調整でのフィードバック制御の際、例えば光源８のＸ方向の位置を変更する、あるいはレンズ５１の制御に応じて光ａ１の照射方向を変える等によって、光ａ１の照射位置に対応する分布関数のピークの位置Ｘ１をＸ方向で基準位置Ｘ０の方へ近付ける。ユーザＵ１から見た場合、光９０２の最も明るい部分である光強度分布中心が、視野の中心に近付けられる。これにより、次第に、視野の中心（基準位置Ｘ０）に、光ａ１の照射位置としての光強度分布中心を合わせることができる。Ｙ方向においても同様の制御が行われる。
【0101】
［５－３．処理フロー］
図１６は、図１５の自動調整に係わる処理フローであり、ステップＳ１６１～Ｓ１６５を有する。ステップＳ１６１で、荷電粒子ビーム装置１は、位置調整試料６０にビームｂ１と光ａ１を照射し、コンピュータシステム２は、その時に二次電子画像に現れる光強度分布を計測する。ステップＳ１６２で、コンピュータシステム２は、計測した光強度分布はガウシアン分布関数と同様であると想定し、計測した光強度分布とガウシアン分布関数とをフィッティングする。
図１６は、図１５の自動調整に係わる処理フローであり、ステップＳ１６１～Ｓ１６５を有する。ステップＳ１６１で、荷電粒子ビーム装置１は、位置調整試料６０にビームｂ１と光ａ１を照射し、コンピュータシステム２は、その時に二次電子画像に現れる光強度分布を計測する。ステップＳ１６２で、コンピュータシステム２は、計測した光強度分布はガウシアン分布関数と同様であると想定し、計測した光強度分布とガウシアン分布関数とをフィッティングする。
【0102】
次に、ステップＳ１６３で、コンピュータシステム２は、分布関数の式から、分布関数のピーク位置とビームｂ１の照射位置（基準位置Ｘ０）との差である距離Ｋを算出する。距離Ｋは、例えば以下の式１に基づいて算出できる。式１中のｘはＸ方向の位置である。
【0103】
【数1】
【0104】
ステップＳ１６４で、コンピュータシステム２は、位置関係変更機構（レンズ５１、レンズ調整ステージ５２、または光源調整ステージ９）に対し、算出した距離Ｋをフィードバックする制御を行う。これにより、距離Ｋが小さくなるようにする。ステップＳ１６５で、コンピュータシステム２は、現在の距離Ｋの値が殆ど０になったかどうか（Ｋ≒０）を判断する。より具体的には、コンピュータシステム２は、距離Ｋが所定の閾値ＴＫ以下になったかどうか（Ｋ≦ＴＫ）を判断する。距離Ｋが殆ど０になったか場合（Ｙ）には、最適な位置合わせの調整ができたとみなし、本フローの終了となり、そうでない場合（Ｎ）にはステップＳ１６１に戻って同様にフィードバック制御等の繰り返しである。なお、上記のような制御の際に、位置関係変更機構のいずれの機構を使用するかについては、特に限定されない。
【0105】
［５－４．変形例－自動調整］
図１７は、実施の形態５の変形例における、自動調整についての説明図である。ここでは、上記とは異なる自動調整方法を示す。（Ａ）は、光強度分布の分布関数としてガウシアン分布の場合を示す。（Ｂ）は、光強度分布の分布関数としてアシンメトリな分布の場合を示す。１１０１は、輝度がピーク値となる光強度分布中心であり、分布の中央にある。１１０２は、ビームｂ１の照射位置（基準位置Ｘ０）に対応するビーム中心である。
図１７は、実施の形態５の変形例における、自動調整についての説明図である。ここでは、上記とは異なる自動調整方法を示す。（Ａ）は、光強度分布の分布関数としてガウシアン分布の場合を示す。（Ｂ）は、光強度分布の分布関数としてアシンメトリな分布の場合を示す。１１０１は、輝度がピーク値となる光強度分布中心であり、分布の中央にある。１１０２は、ビームｂ１の照射位置（基準位置Ｘ０）に対応するビーム中心である。
【0106】
コンピュータシステム２は、例えば、光強度分布のグラフの最大値を輝度１００％として、輝度が９０％に低下した場合のグラフの幅Ｌｘから、（１／２）Ｌｘとなる光強度分布中心１１０１の座標（Ｘ方向の位置）を算出する。次に、コンピュータシステム２は、光強度分布中心１１０１の座標とビーム中心１１０２の座標とから、それらの差である距離Ｋを算出する。コンピュータシステム２は、得た距離Ｋを、位置関係変更機構にフィードバックする。
【0107】
上記変形例の自動調整方法によれば、光強度分布のグラフが（Ｂ）のようにアシンメトリな分布である場合でも、同様に、距離Ｋを算出することができる。
【0108】
［５－５．効果等］
実施の形態５によれば、光強度分布のピーク位置とビーム位置との相対的な位置関係を算出し、フィードバック制御することにより、光ａ１の照射位置をビームｂ１の照射位置に自動的に位置合わせすることができる。これにより、自動調整として、高精度な位置合わせが実現でき、ユーザＵ１の操作の手間も削減できる。
実施の形態５によれば、光強度分布のピーク位置とビーム位置との相対的な位置関係を算出し、フィードバック制御することにより、光ａ１の照射位置をビームｂ１の照射位置に自動的に位置合わせすることができる。これにより、自動調整として、高精度な位置合わせが実現でき、ユーザＵ１の操作の手間も削減できる。
【0109】
＜実施の形態６＞
図１８～図１９を用いて、実施の形態６について説明する。実施の形態６は、実施の形態２の変形例に相当する。実施の形態６は、ステージ６において、位置調整用の構造体として、高さの異なる位置調整スタブ（位置調整用のスタブないしホルダ）を有し、それらのスタブに位置調整試料６０が設置可能である。実施の形態６では、高さの異なる位置に配置された位置調整試料６０を用いて、ビームｂ１と光ａとの照射位置の位置合わせの調整が可能である。実施の形態６では、照射面の高さが変わる場合にも、位置合わせが可能である。
図１８～図１９を用いて、実施の形態６について説明する。実施の形態６は、実施の形態２の変形例に相当する。実施の形態６は、ステージ６において、位置調整用の構造体として、高さの異なる位置調整スタブ（位置調整用のスタブないしホルダ）を有し、それらのスタブに位置調整試料６０が設置可能である。実施の形態６では、高さの異なる位置に配置された位置調整試料６０を用いて、ビームｂ１と光ａとの照射位置の位置合わせの調整が可能である。実施の形態６では、照射面の高さが変わる場合にも、位置合わせが可能である。
【0110】
［６－１．位置調整スタブおよび位置調整試料（１）］
図１８は、実施の形態６の荷電粒子ビーム装置１における、ステージ６上において、高さの異なる位置調整スタブ２６、および位置調整スタブ２６に設置された位置調整試料６０の構成例を示す。ステージ６の表面の一部において、位置調整スタブ２６として、高さが異なる３個のスタブ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが設けられている。スタブ２６Ａは高さｈＡを有し、スタブ２６Ｂは高さｈＢを有し、スタブ２６Ｃは高さｈＣを有する。ｈＡ＜ｈＢ＜ｈＣである。それぞれの位置調整スタブ２６には、位置調整試料６０が設置可能となっている。スタブ２６Ａには試料６０Ａ、スタブ２６Ｂには試料６０Ｂ、スタブ２６Ｃには試料６０Ｃが設置されている。本例では、３個のうちの中央のスタブ２６Ｂおよび試料６０Ｂが基準となる。なお、Ｘ－Ｚ断面のみ図示しているが、他の方向、Ｘ－Ｙ面等での位置調整スタブ２６や位置調整試料６０の形状については、特に限定せず、例えば円柱や円盤等、Ｚ方向に対する軸対象形状としてもよい。
図１８は、実施の形態６の荷電粒子ビーム装置１における、ステージ６上において、高さの異なる位置調整スタブ２６、および位置調整スタブ２６に設置された位置調整試料６０の構成例を示す。ステージ６の表面の一部において、位置調整スタブ２６として、高さが異なる３個のスタブ２６Ａ，２６Ｂ，２６Ｃが設けられている。スタブ２６Ａは高さｈＡを有し、スタブ２６Ｂは高さｈＢを有し、スタブ２６Ｃは高さｈＣを有する。ｈＡ＜ｈＢ＜ｈＣである。それぞれの位置調整スタブ２６には、位置調整試料６０が設置可能となっている。スタブ２６Ａには試料６０Ａ、スタブ２６Ｂには試料６０Ｂ、スタブ２６Ｃには試料６０Ｃが設置されている。本例では、３個のうちの中央のスタブ２６Ｂおよび試料６０Ｂが基準となる。なお、Ｘ－Ｚ断面のみ図示しているが、他の方向、Ｘ－Ｙ面等での位置調整スタブ２６や位置調整試料６０の形状については、特に限定せず、例えば円柱や円盤等、Ｚ方向に対する軸対象形状としてもよい。
【0111】
本例では、Ｘ方向で、ビームｂ１の照射位置に対応した基準位置Ｘ０に、スタブ２６Ｂおよび試料６０Ｂが配置されている。位置ＸＡにはスタブ２６Ｂおよび試料６０Ｂが配置されている。位置ＸＣにはスタブ２６Ｃおよび試料６０Ｃが配置されている。本例では、高さの基準位置Ｚ０＝０として、基準位置Ｚ０に合わせて、スタブ２６Ｂの上面が配置されており、ｈＢ＝Ｚ０である。スタブ２６Ａは、基準位置Ｚ０よりも低い位置ＺＡ＝―１００に配置されており、ｈＡ＝ＺＡである。スタブ２６Ｃは、基準位置Ｚ０よりも高い位置ＺＣ＝＋１００に配置されており、ｈＣ＝ＺＣである。本例では、このように±１００の差で３種類の高さを設けているが、これに限らず、２種類以上の高さが設けられていればよい。本例では、位置調整試料６０は３個の試料６０Ａ，６０Ｂ，６０Ｃから構成されているが、これに限らず、１個の位置調整試料６０の面内において、高さが異なる複数の部分が設けられている構造としてもよい。
【0112】
図１８では、基準位置Ｘ０のスタブ２６Ｂの試料６０Ｂの表面の中心に対し、ビームｂ１と光ａ１とが照射される場合を示している。なお、光ａ１の照射の角度として、Ｚ方向に対する角度θと、Ｘ方向に対する角度φとを示す。θ＋φ＝９０度である。
【0113】
［６－２．位置調整スタブおよび位置調整試料］
図１９の（Ａ）は、図１８の位置調整スタブ２６および位置調整試料６０の構成において、ビームｂ１と光ａ１とを照射した場合の、光強度分布を重ねて図示した模式説明図である。（Ｂ）は、高さＨと距離Ｋとの関係の例を表すグラフである。実施の形態６では、コンピュータシステム２は、光強度分布のピーク位置とビーム位置との差の距離Ｋと、照射位置の高さＨとの関係を把握する。高さＨは、Ｚ方向での位置と対応している。また、コンピュータシステム２は、距離Ｋと高さＨとの関係と、その関係に対応して位置関係を変更するための位置関係変更機構（レンズ調整ステージ５２や光源調整ステージ９）の変化量との関係を把握する。変化量は、駆動の際の動作量や、制御の際の電圧等の量に対応付けられる。コンピュータシステム２は、予めそれらの関係を算出して、制御用の情報を設定しておく。コンピュータシステム２は、その情報に基づいて、照射対象となる高さＨが変化した場合・時には、位置の差の距離Ｋが、所定の仕様値範囲内となるように、光ａ１の照射の機構を調整する。
図１９の（Ａ）は、図１８の位置調整スタブ２６および位置調整試料６０の構成において、ビームｂ１と光ａ１とを照射した場合の、光強度分布を重ねて図示した模式説明図である。（Ｂ）は、高さＨと距離Ｋとの関係の例を表すグラフである。実施の形態６では、コンピュータシステム２は、光強度分布のピーク位置とビーム位置との差の距離Ｋと、照射位置の高さＨとの関係を把握する。高さＨは、Ｚ方向での位置と対応している。また、コンピュータシステム２は、距離Ｋと高さＨとの関係と、その関係に対応して位置関係を変更するための位置関係変更機構（レンズ調整ステージ５２や光源調整ステージ９）の変化量との関係を把握する。変化量は、駆動の際の動作量や、制御の際の電圧等の量に対応付けられる。コンピュータシステム２は、予めそれらの関係を算出して、制御用の情報を設定しておく。コンピュータシステム２は、その情報に基づいて、照射対象となる高さＨが変化した場合・時には、位置の差の距離Ｋが、所定の仕様値範囲内となるように、光ａ１の照射の機構を調整する。
【0114】
コンピュータシステム２は、例えば、仰角φ、高さＨ＝ｈＢ＝Ｚ０＝０を基準として、高さＨがＺＣ＝＋１００の時の距離Ｋを、下記の式２から算出する。
式２： ｔａｎφ＝１００／Ｋ
式２： ｔａｎφ＝１００／Ｋ
【0115】
コンピュータシステム２は、その距離Ｋが仕様値範囲内であるかを判定する。コンピュータシステム２は、距離Ｋが仕様値範囲外である場合には、位置関係変更機構によって、仰角φ（対応する角度θ）を調整し、再度、距離Ｋが仕様値範囲内であるかを判定する。このような繰り返しで、高さＨに応じた距離Ｋが仕様値範囲内となった場合には、調整が終了する。
【0116】
［６－３．効果等］
上記のように、実施の形態６によれば、高さが異なる複数の試料４を観察する場合や、面内に高さが異なる複数の箇所を有する試料４を観察する場合にも、それぞれの高さに適合できるように、ビームｂ１と光ａ１との照射位置の調整を簡便に実現でき、自動調整を行うことも可能である。この実施の形態６の荷電粒子ビーム装置１は、仕様として、位置合わせの調整機能に関して、所定の高さの範囲（ＺＡ～ＺＣの±１００の範囲）、およびＸ方向やＹ方向での所定の距離の範囲について、対応することができる。
上記のように、実施の形態６によれば、高さが異なる複数の試料４を観察する場合や、面内に高さが異なる複数の箇所を有する試料４を観察する場合にも、それぞれの高さに適合できるように、ビームｂ１と光ａ１との照射位置の調整を簡便に実現でき、自動調整を行うことも可能である。この実施の形態６の荷電粒子ビーム装置１は、仕様として、位置合わせの調整機能に関して、所定の高さの範囲（ＺＡ～ＺＣの±１００の範囲）、およびＸ方向やＹ方向での所定の距離の範囲について、対応することができる。
【0117】
上記例では、高さＨに関する仕様値範囲を位置ＺＡからＺＣまでの±１００の範囲としたが、これに限定されない。調整に用いる高さＨは、上記例の３種類の高さに限定されない。荷電粒子ビーム装置１や試料４の仕様に応じて、それらが変更されてもよい。位置関係変更機構による高さＨ（Ｚ方向）の変更の際にどの機構を使用するかについても限定されず、光源調整ステージ９、レンズ調整ステージ５２、ステージ６、その他の機構を使用できる。
【0118】
＜実施の形態７＞
図２０～図２３を用いて、実施の形態７について説明する。実施の形態７の荷電粒子ビーム装置１は、前述の実施の形態に対し主に異なる構成点としては、ビームｂ１の照射位置をＸ－Ｙ面内で移動させて視野自体を移動できること、およびその視野の移動に対応させて、光ａ１の照射位置とビームｂ１の照射位置との位置合わせを調整できることがある。これまでの実施の形態では、ビームｂ１の照射位置が一定の基準位置Ｘ０にあるとして、光ａ１の照射位置とビームｂ１の照射位置とを一致させるように調整する場合について説明した。これに限らず、目的に応じて、敢えて、光ａ１の照射位置とビームｂ１の照射位置とをずらすように、言い換えると所定の位置関係で異ならせるように、調整することも可能である。実施の形態７では、このような目的の場合に対応できる調整機能を有する。ビームｂ１の照射位置および視野の移動に応じて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置関係が変化する。また、ビームｂ１の照射位置に応じて、光ａ１の照射条件・効果（光強度分布等）が異なり得る。実施の形態７では、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置関係に応じて、ビームｂ１の照射位置および視野毎に光ａ１の照射条件・効果が均一になるように制御する。
図２０～図２３を用いて、実施の形態７について説明する。実施の形態７の荷電粒子ビーム装置１は、前述の実施の形態に対し主に異なる構成点としては、ビームｂ１の照射位置をＸ－Ｙ面内で移動させて視野自体を移動できること、およびその視野の移動に対応させて、光ａ１の照射位置とビームｂ１の照射位置との位置合わせを調整できることがある。これまでの実施の形態では、ビームｂ１の照射位置が一定の基準位置Ｘ０にあるとして、光ａ１の照射位置とビームｂ１の照射位置とを一致させるように調整する場合について説明した。これに限らず、目的に応じて、敢えて、光ａ１の照射位置とビームｂ１の照射位置とをずらすように、言い換えると所定の位置関係で異ならせるように、調整することも可能である。実施の形態７では、このような目的の場合に対応できる調整機能を有する。ビームｂ１の照射位置および視野の移動に応じて、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置関係が変化する。また、ビームｂ１の照射位置に応じて、光ａ１の照射条件・効果（光強度分布等）が異なり得る。実施の形態７では、ビームｂ１の照射位置と光ａ１の照射位置との位置関係に応じて、ビームｂ１の照射位置および視野毎に光ａ１の照射条件・効果が均一になるように制御する。
【0119】
［７－１．荷電粒子ビーム装置］
図２０は、実施の形態７の荷電粒子ビーム装置１を示す。真空室１２には、走査用の偏光器１０２のみならず、視野移動用の偏光器１２０が設けられている。制御部１４は、偏光器１２０を制御することで、ビームｂ１の走査の視野をＸ－Ｙ面内で移動させることができる。また、後述するが、光源８からの光ａ１の出射側には、光強度調整機構１４００が設けられている。なお、実施の形態７では、検出器７の検出信号ｄ１を用いて二次電子画像を観察する。光検出器１１については、省略可能であるが、備える場合には、光検出器１１の検出信号ｃ１を用いて光ａ１の強度分布を確認することができる。
図２０は、実施の形態７の荷電粒子ビーム装置１を示す。真空室１２には、走査用の偏光器１０２のみならず、視野移動用の偏光器１２０が設けられている。制御部１４は、偏光器１２０を制御することで、ビームｂ１の走査の視野をＸ－Ｙ面内で移動させることができる。また、後述するが、光源８からの光ａ１の出射側には、光強度調整機構１４００が設けられている。なお、実施の形態７では、検出器７の検出信号ｄ１を用いて二次電子画像を観察する。光検出器１１については、省略可能であるが、備える場合には、光検出器１１の検出信号ｃ１を用いて光ａ１の強度分布を確認することができる。
【0120】
［７－２．視野の移動］
図２１は、実施の形態７で、Ｘ－Ｙ面において、ステージ６上の物体に対する、ビームｂ１および光ａ１（レーザ光）の照射の例を示し、特に、ビームｂ１の照射位置の移動による視野の移動、および採り得る複数の視野の例を示す。図２１では、対象物体表面における、光ａ１の照射による光照射領域１３００と、ビームｂ１の照射位置１３０１および視野１３０２との位置関係を示す。光照射領域１３００（言い換えると照射径、光像）は、理想の円形に補正されている場合を示す。図１３は、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像としても得られる。視野の移動は、イメージシフトともいう。試料４を観察する場合、試料４の複数の箇所（例えば検査対象箇所）をそれぞれの視野として観察する場合がある。
図２１は、実施の形態７で、Ｘ－Ｙ面において、ステージ６上の物体に対する、ビームｂ１および光ａ１（レーザ光）の照射の例を示し、特に、ビームｂ１の照射位置の移動による視野の移動、および採り得る複数の視野の例を示す。図２１では、対象物体表面における、光ａ１の照射による光照射領域１３００と、ビームｂ１の照射位置１３０１および視野１３０２との位置関係を示す。光照射領域１３００（言い換えると照射径、光像）は、理想の円形に補正されている場合を示す。図１３は、検出器７の検出信号ｄ１に基づいた二次電子画像としても得られる。視野の移動は、イメージシフトともいう。試料４を観察する場合、試料４の複数の箇所（例えば検査対象箇所）をそれぞれの視野として観察する場合がある。
【0121】
ビームｂ１の照射位置１３０１は、光ａ１の光照射領域１３００の中心と一致した状態である場合の位置である。例えば、この照射位置１３０１は、前述の基準位置に相当し、例えば座標（Ｘ０，Ｙ０）として表せる。この照射位置１３０１には、ビームｂ１がＺ方向で照射される。逆に、最初、光ａ１の照射位置は、この照射位置１３０１に合わせられる。視野１３０２は、ビームｂ１の照射位置１３０１を中心として、視野１３０２の移動が無い状態で、偏光器１０２の制御に基づいてビームｂ１の２次元（Ｘ方向およびＹ方向）での走査を行う場合の走査領域である。視野１３０２の走査に応じて発生した二次荷電粒子ａ２は検出器７で検出信号ｄ１として検出され、視野１３０２の二次電子画像として観察できる。なお、基準となる視野の位置は、中央の視野１３０２に限らず、移動可能な範囲とする領域１３５０内のいずれの視野としてもよく、例えば視野ｖ１でもよい。
【0122】
一方、ステージ６を一定としたまま、制御部１４からの視野移動用の偏光器１２０の制御に基づいて、ビームｂ１の照射位置をＸ－Ｙ面内で変更でき、これにより、視野１３０２をＸ－Ｙ面内で移動できる。例えば、視野１３０２から視野１３０３に移動できる。なお、候補である複数（本例では２５個）の視野を、識別のため、視野ｖ１～ｖ２５としても示す。
【0123】
このようなステージ６の移動を伴わない偏光器１２０を用いた視野の移動は、高速に実現できるので、複数の視野に含まれる複数のパターン形状等の測定や検査を行う上で、スループット向上に寄与できる。しかしながら、前述のように、光ａ１は光強度分布を有し、光ａ１の光照射領域１３００内の位置に応じて光照射条件・効果が異なる。光照射条件・効果が異なるのであれば、二次荷電粒子ｂ２の検出にも影響を与えるので、複数の視野間での光照射条件・効果の安定化が望ましい。しかし、複数の視野を用いたスループット向上と、複数の視野間の光照射条件・効果の安定化との両立は、従来では困難である。対策案としては、視野移動に光照射領域が追従するように制御すること、例えば光源調整ステージ９を駆動して光源８の位置を変更することも考えられる。しかし、このような機械的な移動を伴う構成の場合、高速な電磁偏光や静電偏光による視野移動への追従は困難である。
【0124】
そこで、実施の形態７の荷電粒子ビーム装置１は、機械的な移動を伴うことなく、複数の異なる視野の位置に対する光ａ１の照射条件・効果を安定化・均一化させるべく、視野の位置に応じた光ａ１の照射の制御を実行する。具体的には、コンピュータシステム２は、図２１のような視野の位置の違いに依らずに光ａ１の照射条件・効果が均一となるように、光ａ１（レーザ光）の照射の光強度やビームｂ１の強度を調整する制御を行う。
【0125】
図２１の例では、光照射条件・効果としては、光照射領域１３００の中心の照射位置１３０１では最も光強度が高いが、径方向の周辺の位置になるほど光強度が低い。画像では、中心の視野１３０２では輝度が高くなり、周辺の視野１３０３になるほど相対的に輝度が低くなる。コンピュータシステム２は、これらの視野間での光照射条件・効果の違いを均一にするように、視野の位置に応じて、光ａ１の照射条件、具体的に光強度を変えるように制御を行う。
【0126】
［７－３．視野の位置に応じた調整］
図２２は、図２１のような視野の移動および位置に応じて、光ａ１の照射強度を調整するための機構についての構成例を示す。この機構は、光強度調整機構１４００を含む。この構成例によれば、例えば図２１の中心の視野１３０２と周辺の視野１３０３に対する光ａ１の照射条件・効果、具体的には光強度分布を、均一化することができる。
図２２は、図２１のような視野の移動および位置に応じて、光ａ１の照射強度を調整するための機構についての構成例を示す。この機構は、光強度調整機構１４００を含む。この構成例によれば、例えば図２１の中心の視野１３０２と周辺の視野１３０３に対する光ａ１の照射条件・効果、具体的には光強度分布を、均一化することができる。
【0127】
図２２の（Ａ）は、光源８とステージ６上の物体１４５０（例えば試料４）との間の光ａ１の光路に配置される光強度調整機構１４００を示す。光強度調整機構１４００は、例として、光減衰素子保持部材１４０１と、光減衰素子保持部材１４０１の駆動機構１４０２とを有する。本例は、対象の物体１４５０の表面に対し、ビームｂ１が図１３の照射位置１３０１（Ｘ０，Ｙ０）に照射された場合を示す。前述のように、ビームｂ１の制御によって、照射位置１３０１は照射位置１３０１ｂ等に移動可能であり、これにより視野１３０２が移動可能である。駆動機構１４０２は、光制御部１３からの駆動制御に基づいて、光減衰素子保持部材１４０１を駆動して図示の移動方向１４２０に移動させることができる。これにより、光ａ１の光路上に、光減衰素子保持部材１４０１の所望の箇所を挿入した状態にすることができる。
【0128】
図２２の（Ｂ）は、光減衰素子保持部材１４０１の平面として光路に対し垂直な平面の構成例を示す。例示するように、光減衰素子保持部材１４０１は、複数の異なるＮＤ（Neutral Density）フィルタ１４３０（Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３）を備え、更に、光通過開口１４０６が形成されている。ＮＤフィルタは、光減衰素子の例である。ＮＤフィルタ１４３０は、所定の波長帯において波長を選ぶことなく、光量を制限するために使用される。光制御部１３は、駆動機構１４０２を制御し、光減衰素子保持部材１４０１を矢印で示す移動方向１４２０へ移動させることによって、光ａ１の軌道１４０７を、ＮＤフィルタＦ１～Ｆ３あるいは光通過開口１４０６のいずれかに位置付ける。ＮＤフィルタＦ１～Ｆ３は、それぞれ光透過率が異なる。また、光通過開口１４０６は、光ａ１の通過を制限せずにそのまま通過させるために設けられている。これらの切り替えによって、所望の強度の光ａ１を、試料４等の物体１４５０に照射することができる。
【0129】
なお、実施の形態７では、透過率の異なるＮＤフィルタ１４３０の使い分けによって光強度を調整する例を示しているが、これに限られない。例えば、１つのフィルタで透過率を複数の状態に変えることができる可変ＮＤフィルタを採用してもよい。複数のＮＤフィルタを重ねて所望の透過率を得るような構成を採用してもよい。更に、光源８からの光ａ１（レーザ光）の出力自体を変化させることによって光強度を調整する構成を採用してよい。あるいは、検出器７または検出器１１での検出のレベル等を調整する構成を採用してもよい。
【0130】
［７－４．光強度調整方法］
図２３は、視野の位置に応じた光強度調整方法の一例を示す。本例では、図２２に例示する機構の光減衰素子保持部材１４０１のＮＤフィルタ１４３０を用いて、視野の位置に依らずに光照射条件・効果を均一化する構成例について説明する。前述のように、光照射効果は、特定の分布、例えばガウシアン分布となって現れる。そのため、視野移動領域（例えば図２１の領域１３５０）内でその光照射効果を安定させるには、視野の位置に応じた補正を行うことが望ましい。より具体的には、図２３に例示するように、特徴量が視野の位置に依らずに均一になるように、コンピュータシステム２は、視野の位置に応じてＮＤフィルタ１４３０を切り替える。特徴量は、視野内の所望の部位の輝度等である。
図２３は、視野の位置に応じた光強度調整方法の一例を示す。本例では、図２２に例示する機構の光減衰素子保持部材１４０１のＮＤフィルタ１４３０を用いて、視野の位置に依らずに光照射条件・効果を均一化する構成例について説明する。前述のように、光照射効果は、特定の分布、例えばガウシアン分布となって現れる。そのため、視野移動領域（例えば図２１の領域１３５０）内でその光照射効果を安定させるには、視野の位置に応じた補正を行うことが望ましい。より具体的には、図２３に例示するように、特徴量が視野の位置に依らずに均一になるように、コンピュータシステム２は、視野の位置に応じてＮＤフィルタ１４３０を切り替える。特徴量は、視野内の所望の部位の輝度等である。
【0131】
図２３の上側の（ａ）のグラフは、横軸が例えばＸ方向の位置、縦軸が光強度に関する特徴量である。制御用に、所望の特徴量の値が設定される。グラフの位置に対応させて、図２３の下側には、図２１と同様の複数の視野の例を示す。例えば、Ｘ方向での周辺の視野１５０１では、特徴量が値ｆ１程度となっている。視野１５０２では特徴量が値ｆ２程度となっている。光照射領域の中央の視野１５０３では、特徴量がピークの値ｆ３となっている。
【0132】
光減衰効果１５１１は、視野１５０１の位置では、値ｆ１に合わせて、０とし、光通過開口１４０６を用いる。光減衰効果１５１２は、視野１５０２の位置では、値ｆ２に合わせて、第１ＮＤフィルタ（例えばＮＤフィルタＦ１）を用いる。光減衰効果１５１３は、視野１５０３の位置では、値ｆ３に合わせて、第２ＮＤフィルタ（例えばＮＤフィルタＦ２）を用いる。このように、ＮＤフィルタの切り替えによって、各視野位置での光減衰効果が、所望の特徴量の値ｆ１に合わせるように調整される。
【0133】
上記のような切り替えを行うべく、コンピュータシステム２は、予め、所定の記憶媒体のメモリに、光減衰の補正用の制御情報として、例えばテーブルを設定・記憶しておく。このテーブルは、例えば、視野位置情報と、フィルタ種類とを含む情報が関連付けられて設定されている。視野位置情報は、視野の識別情報、視野移動用の偏光器１２０の偏光量や信号量等である。コンピュータシステム２は、テーブルに基づいて、視野の位置に応じて、光強度調整機構１４００の駆動機構１４０２を制御し、光減衰素子保持部材１４０１のＮＤフィルタ１４３０等の挿入の状態を切り替える。
【0134】
例えば、周辺の視野１５０１（ｖ１１）にビームｂ１が偏光した時には、光ａ１が光通過開口１４０６を通過するように制御される。視野１５０２（ｖ１２）に偏光した時にはＮＤフィルタＦ１を通過するように制御される。中央の視野１５０３（ｖ１３）に偏光した時にはＮＤフィルタＦ２を通過するように制御される。このような制御によって、視野の位置に依らずに光照射条件・効果を均一にすることができる。
【0135】
上記テーブルの生成のためには例えば以下の方法が適用できる。予め、荷電粒子ビーム装置１は、例えば試料４に光ａ１を照射し、その光照射効果が残っている状態で、少なくとも一方向に視野を移動させつつ、各視野の特徴量を取得する。そして、これらの異なる視野位置での特徴量が均一となるように、例えば特徴量の差分が所定値未満となるように、視野に応じたＮＤフィルタが選択される。そして、テーブルには、視野位置とフィルタ種類との適用の関係が設定される。なお、光強度調整機構１４００として、光強度あるいは光減衰量を連続的に調整できる機構を採用する場合には、テーブルには、位置に応じた光強度あるいは光減衰量等の関係が設定されればよい。
【0136】
なお、検出器７を用いて同様の制御を実現する場合、視野の特定部位の輝度を特徴量とし、その特徴量が視野に応じて均一となるような、検出器７の出力回路のゲインやオフセット量を決め、その関係をテーブルに記憶しておくようにしてもよい。光調整のための評価基準となる特徴量としては、視野内の特定位置の輝度に限らず、視野内の２つ以上の関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）間のコントラスト、パターン寸法値等を用いてもよい。
【0137】
また、上述のようにして取得された視野位置（または位置座標）毎の調整量の関係を、関数等の計算式やプログラムとして規定し記憶してもよい。上記方法によって、視野位置に依らずに安定した光照射条件・効果に基づいた測定や検査を効率的に行うことができる。
【0138】
なお、図２３の例示では、光ａ１の照射領域の光強度分布が理想の円形に補正されている場合において、一方向（例えばＸ方向）の補正データを算出・取得する例について説明した。ここで、図２０等のように、光ａ１が対象物体表面である照射面に対し角度θ等で斜方に入射する構成の場合、照射面における光ａ１の照射領域の光照射条件・効果、具体的には光強度分布は、方向毎に異なる分布となる場合がある。例えば、光強度分布がＸ方向とＹ方向とでは異なる場合がある。この場合には、異なる複数の方向の方向毎に、補正データを算出・取得することが望ましい。一方で、光照射領域の中心に対し、方向に依らずに、殆ど同じ光強度分布を示す場合には、一方向で取得した補正データを各方向に共通に適用する構成としてもよい。いずれにしても、照射面での実際の光強度分布を考慮して、視野位置に応じて光強度を均一化できるように、補正のテーブル等を規定すればよい。
【0139】
また他にも、視野間の光照射条件・効果を均一にするための方法としては、画像処理での調整、光源８の光出力の調整、ビームｂ１のプローブ電流の調整、撮像の際のフレーム数の調整等を適用してもよい。更に、視野間の均一化に資する他のパラメータを調整する方法を適用してもよい。
【0140】
例えばフレーム数の調整によって視野間の特徴量の均一化を実現する手法の例は以下である。画像処理部１５には、対象物体に対する複数回のビームｂ１の二次元走査に基づいて得られる複数の二次元画像データを記憶するフレームメモリ等の記憶媒体を備える。検出器７の出力する検出信号ｄ１は、走査用の偏光器１０２によるビームｂ１の走査に同期して、フレームメモリ等の記憶媒体に記憶される。このフレームメモリに記憶されている画像信号（言い換えると複数のフレーム）は、画像処理部１５に備える演算装置によって、所定の演算が行われる。この演算は、積算、例えば加算平均である。この演算の結果、観察に好適な画像である積算画像が生成される。このような積算の際のフレーム数が多い方が、高シグナル／ノイズ比の画像を生成することができる。
【0141】
例えば、画像処理部１５は、異なる複数の視野の積算画像のコントラストが均一となるように、積算対象となるフレーム数を選択する。具体的には、画像処理部１５は、試料４のパターン形状のエッジ部分の輝度とエッジ以外の背景部分の輝度との輝度比が所定の誤差の範囲に収まるように、視野位置毎のフレーム数を設定し、それを荷電粒子ビーム装置の稼働条件として設定する。このような手法によっても、視野間の光照射条件・効果の均一化を実現可能である。
【0142】
［７－５．効果等］
上記のように、実施の形態７の荷電粒子ビーム装置１によれば、ビームｂ１と光ａ１との照射位置の関係を所定の関係に制御し、複数の視野間で光照射条件・効果を安定化・均一化することができる。そして、複数の視野を用いた試料４の観察等の場合に、トータルでのスループット向上等の効果が得られる。
上記のように、実施の形態７の荷電粒子ビーム装置１によれば、ビームｂ１と光ａ１との照射位置の関係を所定の関係に制御し、複数の視野間で光照射条件・効果を安定化・均一化することができる。そして、複数の視野を用いた試料４の観察等の場合に、トータルでのスループット向上等の効果が得られる。
【0143】
＜実施の形態８＞
図２４～図２５を用いて、実施の形態８について説明する。実施の形態８の荷電粒子ビーム装置は、ＳＥＭとしての機能を有し、試料４に対するビームｂ１および光ａ１の照射に基づいて得られる二次電子画像を用いて、例えば欠陥検査を行う機能を有する。
図２４～図２５を用いて、実施の形態８について説明する。実施の形態８の荷電粒子ビーム装置は、ＳＥＭとしての機能を有し、試料４に対するビームｂ１および光ａ１の照射に基づいて得られる二次電子画像を用いて、例えば欠陥検査を行う機能を有する。
【0144】
従来、欠陥検査を行うための一方法としては、欠陥検査対象となる試料を撮影したＳＥＭ画像（検査画像と記載する）と、予め取得された参照画像とを比較する検査方法がある。検査画像は、検査対象部分となるパターン形状等の部分を撮影した画像である。検査対象部分は、例えば上位の欠陥検査装置で欠陥や異物が存在すると判定された部分である。参照画像は、例えば対象試料の検査対象部分のパターン形状と同じで欠陥が無いパターン形状等を持つ試料のそのパターン形状等の部分を撮影した画像である。例えば、ＳＥＭは、これらの画像の比較に基づいて、画像間の相違点を、異物や欠陥として抽出する。
【0145】
一方で、検査画像と参照画像とにおける画像取得条件が異なる場合、対象試料に欠陥が存在しなくても、画像取得条件の違いゆえの画像間の相違点を、誤って欠陥として認識してしまう可能性がある。画像取得条件の１つとして、撮影時の光照射条件が挙げられる。
【0146】
そこで、この実施の形態８では、検査画像と参照画像とを比較して欠陥等を抽出する検査方法において、以下のような検査方法を提案する。この検査方法は、検査対象部分と同じ形状のパターンが存在する部分を参照画像にするという条件だけではなく、検査画像と光照射条件も同じである参照画像を取得して比較対象にする。
【0147】
［８－１．荷電粒子ビーム装置］
図２４は、実施の形態８の荷電粒子ビーム装置１であるＳＥＭを含む、システムの構成を示す。この荷電粒子ビーム装置１の構成は、図１等と同様であり、図１での位置調整マーク１０等は不要であるが、備えてもよい。このＳＥＭは、図２０と同様に、視野の移動を可能とする偏光器１２０等も備える。このＳＥＭのコンピュータシステム２の上位には、通信を介して、検査装置３が接続されている。検査装置３は、例えば光学式検査装置である。検査装置３は、欠陥検査の際に、対象試料についての欠陥や異物の有無を判定し検出する。検査装置３は、検査結果等の情報８０１を、コンピュータシステム２に送信する。あるいは、コンピュータシステム２は、検査装置３にアクセスして情報８０１を参照してもよい。コンピュータシステム２は、その情報８０１に基づいて、対象試料の欠陥等を画像で確認して抽出する欠陥検査を行う。ユーザＵ１は、そのような欠陥検査の作業を行う。
図２４は、実施の形態８の荷電粒子ビーム装置１であるＳＥＭを含む、システムの構成を示す。この荷電粒子ビーム装置１の構成は、図１等と同様であり、図１での位置調整マーク１０等は不要であるが、備えてもよい。このＳＥＭは、図２０と同様に、視野の移動を可能とする偏光器１２０等も備える。このＳＥＭのコンピュータシステム２の上位には、通信を介して、検査装置３が接続されている。検査装置３は、例えば光学式検査装置である。検査装置３は、欠陥検査の際に、対象試料についての欠陥や異物の有無を判定し検出する。検査装置３は、検査結果等の情報８０１を、コンピュータシステム２に送信する。あるいは、コンピュータシステム２は、検査装置３にアクセスして情報８０１を参照してもよい。コンピュータシステム２は、その情報８０１に基づいて、対象試料の欠陥等を画像で確認して抽出する欠陥検査を行う。ユーザＵ１は、そのような欠陥検査の作業を行う。
【0148】
［８－２．欠陥検査方法］
図２５は、実施の形態８における欠陥検査方法についての説明図を示す。図２５では、Ｘ－Ｙ面において、検査画像取得領域１６０１と、参照画像取得領域１６０２と、光ａ１（レーザ光）の光照射領域１６００との間の位置関係を示す。検査画像取得領域１６０１は、現在の検査の際に検査画像を生成するために検出・取得される複数の領域１６１１である。実線の領域は取得されるが、破線の領域は取得されない。参照画像取得領域１６０２は、参照画像として取得される複数の領域１６１２である。検査画像取得領域１６０１や参照画像取得領域１６０２は、破線の範囲内にある、選択された複数の視野に対応する複数の領域を指す。検査画像取得領域１６０１の各領域を、識別のために、番号１～２５で示す。参照画像取得領域１６０２の各領域を、識別のために、ｒ１～ｒ２５で示す。
図２５は、実施の形態８における欠陥検査方法についての説明図を示す。図２５では、Ｘ－Ｙ面において、検査画像取得領域１６０１と、参照画像取得領域１６０２と、光ａ１（レーザ光）の光照射領域１６００との間の位置関係を示す。検査画像取得領域１６０１は、現在の検査の際に検査画像を生成するために検出・取得される複数の領域１６１１である。実線の領域は取得されるが、破線の領域は取得されない。参照画像取得領域１６０２は、参照画像として取得される複数の領域１６１２である。検査画像取得領域１６０１や参照画像取得領域１６０２は、破線の範囲内にある、選択された複数の視野に対応する複数の領域を指す。検査画像取得領域１６０１の各領域を、識別のために、番号１～２５で示す。参照画像取得領域１６０２の各領域を、識別のために、ｒ１～ｒ２５で示す。
【0149】
図２５のＳＥＭにおける制御装置であるコンピュータシステム２、あるいはこのＳＥＭの動作プログラム（言い換えるとレシピ）を生成する演算装置は、上位の検査装置３から出力される情報８０１を参照する。コンピュータシステム２は、この情報８０１における欠陥等の位置を表す座標情報に基づいて、欠陥等を含む領域１６１１を、検査画像取得領域として設定する。本例では、番号２，３，１０，１１，１２，１３，２０，２１，２４の領域１６１１は、欠陥等があると判定されている領域である。コンピュータシステム２は、それらの複数の領域１６１１の複数の画像を取得するようなレシピを生成する。それと共に、コンピュータシステム２は、それらの複数の欠陥等の領域１６１１が含まれるように、光ａ１による光照射領域１６２１（対応する光照射位置等）を設定する。本例では、光照射領域１６２１の中心である光照射位置は、番号１３の領域にある。
【0150】
更に、コンピュータシステム２は、検査対象の試料４である半導体デバイスのレイアウトデータ上、検査画像取得領域１６０１として設定された複数の領域１６１１の位置にあるパターン形状と同じパターン形状が形成されている領域１６１２を、参照画像として取得する。そのために、コンピュータシステム２は、領域ｒ２，ｒ３，ｒ１０，ｒ１１，ｒ１２，ｒ１３，ｒ２０，ｒ２１，ｒ２４で示す複数の領域１６１２の画像を取得するように、レシピを設定する。それとともに、コンピュータシステム２は、検査画像取得領域１６０１の光照射領域１６２１と同じ光照射条件で光ａ１が照射されるように、参照画像取得領域１６０２に対し、光照射領域１６２２を設定する。例えば領域ｒ１３が光ａ１の照射位置として設定される。
【0151】
本例では、参照画像としては、検査対象の試料４とは別の欠陥等が無い試料４を用いて、新たに参照画像が撮影される。もしくは、検査対象の試料４において、検査対象の領域とは別の、欠陥等が無い領域を用いて、新たに参照画像が撮影される。荷電粒子ビーム装置は、上記のように設定されたレシピを用いて、検査画像と参照画像とを撮影して取得し、それらの画像の比較で、検査画像の領域１６１１についての欠陥等の有無を判断する。
【0152】
このような比較検査では、偏光器１２０を用いた視野（対応する領域）の移動によって、複数の領域１６１１の複数の画像を高速に撮影できる。なおかつ、この比較検査では、検査画像と参照画像とにおいて、比較する領域（例えば番号２の領域１６１１と、領域ｒ２の領域１６１２）間で、光強度分布等の光照射条件が揃えられているので、高精度の比較検査が可能であり、画像取得条件の違いゆえの画像間の相違点を誤って欠陥として認識してしまうことを防止できる。
【0153】
なお、一旦取得した参照画像取得領域についてのデータは、光照射条件等の情報とともに記憶しておくことで、その後の検査の際にそのデータを参照して利用可能である。
【0154】
＜付記＞
以上、本開示の実施の形態は、上記には限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。実施の形態の構成要素は、追加や削除や置換等が可能である。また、各実施の形態の組合せによる形態も可能である。各構成要素は、単数としても複数としてもよい。実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、汎用型のＳＥＭ等にも適用できる。
以上、本開示の実施の形態は、上記には限定されず、要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。実施の形態の構成要素は、追加や削除や置換等が可能である。また、各実施の形態の組合せによる形態も可能である。各構成要素は、単数としても複数としてもよい。実施の形態の荷電粒子ビーム装置は、汎用型のＳＥＭ等にも適用できる。
【符号の説明】
【0155】
１…荷電粒子ビーム装置、２…コンピュータシステム、４…試料、６…ステージ、７…検出器、８…光源、９…光源調整ステージ、１０…位置調整マーク、１１…光検出器、１２…真空室、１３…光制御部、１４…制御部、１５…画像処理部、１６…画像表示部、１７…駆動制御部、１８…記憶部、ａ１…光、ｂ１…ビーム。
【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】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】