JP2000048749A - 走査電子顕微鏡および電子ビームの軸合わせ方法 - Google Patents

走査電子顕微鏡および電子ビームの軸合わせ方法

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JP2000048749A
JP2000048749A JP10215404A JP21540498A JP2000048749A JP 2000048749 A JP2000048749 A JP 2000048749A JP 10215404 A JP10215404 A JP 10215404A JP 21540498 A JP21540498 A JP 21540498A JP 2000048749 A JP2000048749 A JP 2000048749A
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Japan
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objective lens
alignment
electron
power supply
acceleration voltage
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Nobuaki Tamura
伸昭 田村
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Jeol Ltd
日本電子株式会社
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子ビームの加速電圧が低い場合であって
も、電子ビームが最も絞れるように対物レンズと対物レ
ンズ絞りの位置を合わせることができる走査電子顕微鏡
および電子ビームの軸合わせ方法を実現する。 【解決手段】 電子ビームが最も絞れる状態のときのX
方向の補正電流とY方向の補正電流は、電子ビームの加
速電圧の条件と共にメモリー24に記憶される。メモリ
ー24への必要なデータの書き込みが終了した後は、電
子銃11の加速電圧を変化させた場合、まずアライメン
トコイル21への補正電流の値を0とし、対物レンズ絞
り19の位置をウォブラー動作に基づいて調整した後、
加速電圧電源12からの信号に基づき、加速電圧に応じ
てメモリー24から補正電流を読み出す。そして、この
補正電流をアライメントコイル21へ供給することによ
り、電子ビームが最も絞れる状態で像の観察を行うこと
ができることになる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、電子ビームと対物
レンズ絞りとの軸合わせを正確に行なうことができる走
査電子顕微鏡および電子ビームの軸合わせ方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡においては、フォーカス
された電子ビームを試料上で走査し、試料の拡大像を観
察している。高い倍率で画像を観察するためには、電子
ビームを集束する各電子レンズを通過するときの電子ビ
ームの経路を各レンズの光軸に正確に合わせる必要があ
る。
【0003】このため、対物レンズの電流を周期的に変
化させ(ウォブラー)、この周期的な変化によっても画
像の位置の移動がないように対物レンズ絞りの位置を調
整するようにしている。
【0004】図1(a),(b)は、このウォブラー動
作における対物レンズ絞りの位置と電子ビームの経路と
の関係を示しており、図において1は対物レンズ絞り、
2は対物レンズ、3は試料表面である。図1(a)は対
物レンズ2の光軸と対物レンズ絞り1の中心軸とが一致
している場合であり、図1(b)は対物レンズ2の光軸
と対物レンズ絞り1の中心軸とがずれている場合であ
る。
【0005】また、図1(a),(b)において、実線
の経路がフォーカス条件を満足した電子ビームE1であ
り、点線の経路が対物レンズ2を弱励磁した場合の電子
ビームの経路E2である。
【0006】図1(a)では、対物レンズ2の励磁を周
期的に変化させ、例えば、対物レンズが弱励磁された状
態であっても、試料表面3に照射される電子ビームの位
置には変化が生じない。すなわち、E1とE2とは試料
上の同じ位置に照射される。一方、図1(b)では、対
物レンズ2の励磁を周期的に変化させ、例えば、対物レ
ンズが弱励磁された状態になると、試料表面3に照射さ
れる電子ビームの位置は変化することになる。
【0007】すなわち、E1とE2とでは、試料上の照
射位置が異なってしまう。したがって、図1(b)の状
態のときには、ウォブラーをかけると、電子ビームのフ
ォーカス点が横方向に位置ずれするので、像が動いて見
える。対物レンズ絞り1の軸合わせは、この像ずれがな
いように調整している。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子ビ
ームの加速電圧を低くし、対物レンズの励磁が弱い条件
で使用する際、上記した軸合わせの方式で対物レンズ絞
り1の位置を合わせると、非点補正では取り切れない残
留非点が残ったりして、電子ビームが最も細く絞れる位
置に対物レンズ絞りがセットされないことがある。この
ため、走査電子顕微鏡の表示画像を見ながら最も像が絞
れる位置を探しているのが現状である。
【0009】上記したように、低加速電圧では、対物レ
ンズのウォブラーで像シフトが発生しない位置に対物レ
ンズ絞り1を合わせても、電子ビームが最も細く絞れる
位置に対物レンズ絞り1がセットされない場合がある。
【0010】この原因の一つとして考えられるのは、対
物レンズ2が弱励磁になると、レンズを構成する磁極片
の片寄った残留磁気等により、対物レンズ2の光軸が傾
くことが考えられる。
【0011】図2はこの対物レンズ2の光軸が傾いた状
態を示しており、この場合、電子ビームがこの傾いた光
軸を通過すると、電子ビームとしては最も絞れることに
なるが、しかし、対物レンズのウォブラーを行うと像シ
フトが発生するため、絞りは上記のように電子ビームが
光軸を通過するようには設定されないことになる。
【0012】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、電子ビームの加速電圧が低い場合
であっても、電子ビームのフォーカスのずれが生じない
ように対物レンズと対物レンズ絞りの位置を合わせるこ
とができる走査電子顕微鏡および電子ビームの軸合わせ
方法を実現するにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】第1の発明に基づく走査
電子顕微鏡は、電子銃と、電子銃からの電子ビームの加
速電圧を設定する加速電圧電源と、電子ビームを試料上
に細く集束するための対物レンズと、対物レンズ上部に
設けられた対物レンズ絞りと、対物レンズの励磁を変化
させることができる対物レンズ電源と、対物レンズの上
部に設けられたアライメント手段と、アライメント手段
に電子ビームをX方向とY方向に偏向するためのアライ
メント信号を供給するアライメント電源と、加速電圧に
応じたアライメントデータが記憶されたメモリーとを備
えており、加速電圧の変化に応じてメモリーからアライ
メントデータを読みだし、このアライメントデータに基
づいてアライメント電源からアライメント手段にアライ
メント信号を供給するようにしたことを特徴としてい
る。
【0014】第1の発明では、対物レンズと対物レンズ
絞りの軸合わせを行った後、加速電圧の変化に応じてメ
モリーからアライメントデータを読みだし、このアライ
メントデータに基づいてアライメント電源からアライメ
ント手段にアライメント信号を供給する。
【0015】第2の発明に基づく走査電子顕微鏡におけ
る電子ビームの軸合わせ方法は、電子銃と、電子銃から
の電子ビームの加速電圧を設定する加速電圧電源と、電
子ビームを試料上に細く集束するための対物レンズと、
対物レンズ上部に設けられた対物レンズ絞りと、対物レ
ンズの励磁を変化させることができる対物レンズ電源
と、対物レンズの上部に設けられたアライメント手段
と、アライメント手段に電子ビームをX方向とY方向に
偏向するためのアライメント信号を供給するアライメン
ト電源と、加速電圧に応じたアライメントデータが記憶
されたメモリーとを備えた走査電子顕微鏡において、対
物レンズの励磁を変化させ、この変化に伴う像の移動が
なくなるように対物レンズ絞りと対物レンズとの相対的
な位置を調整し、その後、加速電圧に応じたアライメン
トデータをメモリーから読みだし、このアライメントデ
ータに基づいてアライメント電源からアライメント手段
にアライメント信号を供給するようにしたことを特徴と
している。
【0016】第2の発明では、対物レンズの励磁を変化
させ、この変化に伴う像の移動がなくなるように対物レ
ンズ絞りと対物レンズとの相対的な位置を調整し、その
後、加速電圧に応じたアライメントデータをメモリーか
ら読みだし、このアライメントデータに基づいてアライ
メント電源からアライメント手段にアライメント信号を
供給する。
【0017】請求項3の発明では、請求項2の発明にお
いて、対物レンズ絞りの位置を調整する。請求項4の発
明では、請求項2の発明において、対物レンズの位置を
調整する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。図3は、本発明に基づく走
査電子顕微鏡を示しており、11は電子銃である。この
電子銃11からは電子ビームが加速されて発生させられ
るが、電子ビームの加速電圧は加速電圧電源12から印
加される。
【0019】電子銃11から発生し加速された電子ビー
ムは、コンデンサレンズ13、対物レンズ14によって
試料15上に細く集束される。図示していないが、対物
レンズ14の上部には電子ビームを試料15上で2次元
的に走査するための偏向器が設けられている。
【0020】また、試料15上の電子ビームの走査にと
もなって試料から発生した、例えば、2次電子は2次電
子検出器16によって検出され、その検出信号は増幅器
17を介して電子ビームの走査に同期した陰極線管18
に供給される。この結果、陰極線管18上には試料の走
査像が表示される。
【0021】対物レンズ14の上部には、対物レンズ絞
り19が配置されている。この対物レンズ絞り19のX
方向、Y方向の位置は、駆動機構20によって調整でき
るように構成されている。
【0022】対物レンズ絞り19と対物レンズ14との
間には、電磁アライルントコイル21が設けられてい
る。電磁アライメントコイル21は、電子ビームをX方
向とY方向に電磁的に移動させる。電磁アライメントコ
イル21には、アライメント電源22からX方向の偏向
電流とY方向の偏向電流が供給される。
【0023】アライメント電源22からのアライメント
電流は、アライメント電流設定手段23により調整する
ことができる。なお、このアライメント電流設定手段2
3は、マニュアルによりX方向とY方向のアライメント
電流の調整を行うことができる。アライメント電源22
は、メモリー24に接続されているが、メモリー24は
電子ビームの加速電圧に応じた補正アライメント電流を
記憶する。
【0024】対物レンズ14の励磁強度は励磁電源25
によって変えることができる。ウォブラー動作を行うと
きには、励磁電源25から対物レンズ14に供給する励
磁電流を周期的に変化させる。なお、対物レンズ14の
励磁強度を変える場合、対物レンズ14の近傍に補助レ
ンズを配置し、補助レンズの励磁強度を変えるようにし
ても良い。すなわち、本発明において、対物レンズ14
の励磁強度を変えるとは、補助レンズの励磁を変えるこ
とをも含むものである。このような構成の動作を次に説
明する。
【0025】走査電子顕微鏡像の観察は、電子銃11か
ら発生し加速された電子ビームをコンデンサレンズ1
3、対物レンズ14で試料15上に細く絞り、試料15
上で図示していない偏向器により電子ビームを2次元的
に走査する。この走査にともなって発生した2次電子
は、2次電子検出器16によって検出される。検出信号
は増幅器17を介して陰極線管18に供給されることか
ら、陰極線管18上には試料の走査2次電子像が表示さ
れる。
【0026】さて、電子ビームの光軸合わせを行う場
合、励磁電源25から対物レンズ14に周期的に変化す
る励磁電流が供給される。すなわち、ウォブラー動作が
行われる。このウォブラー動作によっても陰極線管18
上に表示された観察像が移動しないように、駆動機構2
0により対物レンズ絞り19のX方向とY方向の位置調
整が行われる。なお、この時、アライメント電源22か
らアライメントコイル21へのアライメント電流の値は
0とされている。
【0027】ウォブラー動作により対物レンズ絞り19
の位置調整が終了した後、電流設定手段23、例えば、
マニュアルつまみ等を用いて、アライメント電源22か
ら電磁アライメントコイル21に補正電流を流すと共に
この電流値を変化させ、陰極線管18上の像を見なが
ら、電子ビームが最も絞れる補正電流を見出だす。
【0028】この電子ビームが最も絞れる状態のときの
X方向の補正電流とY方向の補正電流は、電子ビームの
加速電圧の条件と共にメモリー24に記憶される。この
ようなアライメントコイル21に流すX方向の補正電流
とY方向の補正電流の決定は、電子ビームの各加速電圧
ごとに行われ、その結果、メモリー24には各加速電圧
に応じたアライメントコイル21に供給される補正電流
の値がテーブルの形で記憶されることになる。
【0029】このようなメモリー24への必要なデータ
の書き込みが終了した後は、電子銃11の加速電圧を変
化させた場合、まずアライメントコイル21への補正電
流の値を0とし、対物レンズ絞り19の位置をウォブラ
ー動作に基づいて調整した後、加速電圧電源12からの
信号に基づき、加速電圧に応じてメモリー24から補正
電流を読み出す。そして、この補正電流をアライメント
コイル21へ供給することにより、電子ビームが最も絞
れる状態で像の観察を行うことができることになる。
【0030】以上本発明の実施の形態を詳述したが、本
発明はこの形態に限定されない。例えば、対物レンズ1
4と対物レンズ絞り19との軸合わせを対物レンズ絞り
19の位置を調整することによって行うようにしたが、
対物レンズ14自体をモータによって移動できるように
構成し、対物レンズ14の位置を変えることによって両
者の軸合わせを行うようにしても良い。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、第1の発明では、
対物レンズと対物レンズ絞りの軸合わせを行った後、加
速電圧の変化に応じてメモリーからアライメントデータ
を読みだし、このアライメントデータに基づいてアライ
メント電源からアライメント手段にアライメント信号を
供給するようにしたので、どのような加速電圧であって
も、最も絞れる状態で電子ビームを試料に照射すること
ができる。
【0032】第2の発明では、対物レンズの励磁を変化
させ、この変化に伴う像の移動がなくなるように対物レ
ンズ絞りと対物レンズとの相対的な位置を調整し、その
後、加速電圧に応じたアライメントデータをメモリーか
ら読みだし、このアライメントデータに基づいてアライ
メント電源からアライメント手段にアライメント信号を
供給するようにしたので、請求項1の発明と同様に、ど
のような加速電圧であっても、最も絞れる状態で電子ビ
ームを試料に照射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウォブラー動作による電子ビームの照射位置の
変化を示す図である。
【図2】レンズ光軸が垂線に対して傾いている状態を示
す図である。
【図3】本発明に基づく走査電子顕微鏡の一例を示す図
である。
【符号の説明】
11 電子銃 12 加速電圧電源 13 コンデンサレンズ 14 対物レンズ 15 試料 16 2次電子検出器 17 増幅器 18 陰極線管 19 対物レンズ絞り 20 駆動機構 21 アライメントコイル 22 アライメント電源 23 電流設定手段 24 メモリー 25 励磁電源

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電子銃と、電子銃からの電子ビームの加
    速電圧を設定する加速電圧電源と、電子ビームを試料上
    に細く集束するための対物レンズと、対物レンズ上部に
    設けられた対物レンズ絞りと、対物レンズの励磁を変化
    させることができる対物レンズ電源と、対物レンズの上
    部に設けられたアライメント手段と、アライメント手段
    に電子ビームをX方向とY方向に偏向するためのアライ
    メント信号を供給するアライメント電源と、加速電圧に
    応じたアライメントデータが記憶されたメモリーとを備
    えており、加速電圧の変化に応じてメモリーからアライ
    メントデータを読みだし、このアライメントデータに基
    づいてアライメント電源からアライメント手段にアライ
    メント信号を供給するようにした走査電子顕微鏡。
  2. 【請求項2】 電子銃と、電子銃からの電子ビームの加
    速電圧を設定する加速電圧電源と、電子ビームを試料上
    に細く集束するための対物レンズと、対物レンズ上部に
    設けられた対物レンズ絞りと、対物レンズの励磁を変化
    させることができる対物レンズ電源と、対物レンズの上
    部に設けられたアライメント手段と、アライメント手段
    に電子ビームをX方向とY方向に偏向するためのアライ
    メント信号を供給するアライメント電源と、加速電圧に
    応じたアライメントデータが記憶されたメモリーとを備
    えた走査電子顕微鏡において、対物レンズの励磁を変化
    させ、この変化に伴う像の移動がなくなるように対物レ
    ンズ絞りと対物レンズとの相対的な位置を調整し、その
    後、加速電圧に応じたアライメントデータをメモリーか
    ら読みだし、このアライメントデータに基づいてアライ
    メント電源からアライメント手段にアライメント信号を
    供給するようにした走査電子顕微鏡における電子ビーム
    の軸合わせ方法。
  3. 【請求項3】 対物レンズ絞りの位置を調整するように
    した請求項2記載の走査電子顕微鏡における電子ビーム
    の軸合わせ方法。
  4. 【請求項4】 対物レンズの位置を調整するようにした
    請求項2記載の走査電子顕微鏡における電子ビームの軸
    合わせ方法。
JP10215404A 1998-07-30 1998-07-30 走査電子顕微鏡および電子ビームの軸合わせ方法 Withdrawn JP2000048749A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1306878A2 (en) * 2001-10-10 2003-05-02 Applied Materials Israel Ltd. Method and device for aligning a charged particle beam column
JP2009037966A (ja) * 2007-08-03 2009-02-19 Hitachi High-Technologies Corp 走査電子顕微鏡

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