JP2000260379A - 走査形電子顕微鏡 - Google Patents

走査形電子顕微鏡

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JP2000260379A
JP2000260379A JP11062708A JP6270899A JP2000260379A JP 2000260379 A JP2000260379 A JP 2000260379A JP 11062708 A JP11062708 A JP 11062708A JP 6270899 A JP6270899 A JP 6270899A JP 2000260379 A JP2000260379 A JP 2000260379A
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JP
Japan
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sample
reference mark
electron microscope
procedure
scanning electron
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JP11062708A
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Masahiro Akatsu
昌弘 赤津
Mitsugi Sato
佐藤  貢
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】断面観察にてフォーカスを合わせを行う場合、
試料全体における観察位置の関係を把握することが難し
いため、高倍率観察において観察位置を誤判断する場合
があった。 【解決手段】観察画像と一緒に観察範囲全体画像が表示
され、観察範囲全体画像の画面と試料ステージ制御が連
動するので、試料全体における観察位置の関係を容易に
把握できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は走査電子顕微鏡に関
わり、特にインレンズ形の走査電子顕微鏡での電子光学
系および試料ステージに関する。
【0002】
【従来の技術】インレンズ方式の走査形電子顕微鏡では
図2に示すように電子銃1で発生したビーム2を第1収
束レンズ3および第2収束レンズ4および対物レンズ5
で制御し、偏向コイル6によって試料7上を走査させ、
試料から放出される2次電子,反射電子,X線などの二
次信号をそれぞれ専用の検出器9で検出し、映像信号に
変換して表示装置13に表示する。試料はX軸,Y軸,
Z軸方向の移動、およびX軸周りに回転可能な試料ステ
ージ8に搭載され、対物レンズの上磁極と下磁極の間に
配置される。
【0003】試料ステージ8は、観察点が常にビーム走
査中心に位置するように制御される。インレンズ方式の
走査形電子顕微鏡では、試料は対物レンズの中に挿入さ
れるため、焦点距離が短くレンズの収差を小さくできる
ので、高分解能観察用に用いられる。しかし、試料は対
物レンズの中に挿入されるので、数mm角の大きさに制限
される。
【0004】試料の観察には、図3のように第1収束レ
ンズと第2収束レンズで試料にフォーカスを合わせる方
式(低励磁モード)と、図4のように第1収束レンズと
第2収束レンズと対物レンズで試料にフォーカスを合わ
せる方式(強励磁モード)がある。前者のスポット径は
次式で表わされ、低倍率観察に用いられる。低励磁モー
ドでは焦点深度が深く、広い視野の観察に利用される。
【0005】
【数1】d=d0・M1・M2 d:最終スポット径 d0 :電子源 縮小率:M1=b1/a1,M2=b2/a2 後者のスポット径は次式で表わされ、高倍率観察に用い
られる。より高分解能な観察に利用されるが、低励磁に
比べ焦点深度が浅くなる。
【0006】
【数2】d=d0・M1・M2・M3 d:最終スポット径 d0 :電子源 縮小率:M1=b1/a1,M2=b2/a2,M3=b3/a
3 また、より広い視野を得る手法として、試料の観察範囲
を複数の領域に分割し、各領域の中心点をビーム走査中
心に移動させ、各領域で低倍率の画像を取得し、画像合
成により極低倍率画像を作成する手法がある。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】近年半導体技術の進歩
に伴い、試料の断面観察のニーズが高まっている。しか
し断面試料は厚みが1mm未満程度で、数mm角の平面試料
と異なり試料厚み方向の観察範囲は非常に狭くなる。ま
た、ウエハーなどを断面観察する場合には、手作業でウ
エハーを割って試料を切出すため、観察面は必ずしもフ
ラットにはならない。
【0008】これらのため、高倍率で断面観察を行う場
合、上記従来技術では、観察すべき断面部を正確に走査
領域に位置させることが困難なため、試料の観察面に対
してフォーカスを合わせているのか、あるいはその周囲
の試料搭載部に対してフォーカスを合わせているのか判
断が難しく、試料搭載部を誤って断面試料の観察面と判
断してしまう場合があった。
【0009】また低励磁モードでは、広い視野により観
察位置の判断が比較的容易であるが、強励磁モードに切
替える際に視野ずれが発生することがあり、切替え時に
視野合わせを行う必要があった。さらに低励磁モードで
も低倍率側の視野限界があり、観察範囲全体を一度に観
察することができないため、試料ステージと観察範囲全
体画像を連動して制御する手段は用いられず、観察位置
を把握することが難しかった。
【0010】本発明の目的は、これらの問題を解決し、
特に高倍率観察時の断面試料観察面の位置設定を容易に
し、試料全体における観察位置の関係を容易に把握でき
る走査形電子顕微鏡を提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記問題を解決するため
に、試料ホールダ上の基準高さとなる平面上に基準マー
クを設け、基準マークをビーム走査領域に移動させる第
一の手順と、強励磁モードにより基準マークの画像を検
出して、基準マークがビームの走査中心に位置するとき
のステージ座標を登録する第二の手順と、低励磁モード
により基準マークの画像を検出し、基準マーク画像が第
一の手順で検出した基準マークの画像位置と、同じ位置
になるようにビームの走査領域を補正する第三の手順
と、低励磁モードにより、予め指定された試料領域を複
数の領域に分割して画像を取り込む第四の手順と、第四
の手順で取り込まれた複数画像における指定位置から対
応する試料ステージの座標を計算する第五の手順と、第
五の手順で得られた座標に試料ステージを移動させる第
六の手順からなる試料ステージの制御法を有することを
特徴とする走査形電子顕微鏡を提供する。
【0012】このような走査電子顕微鏡の提供により、
観察位置を容易に把握することができるので、特に高倍
率観察時の断面試料観察におけるフォーカス合わせが容
易になる。
【0013】
【発明の実施の形態】強励磁モードと低励磁モードにお
いて、基準マークを利用してフォーカス合わせと視野合
わせが行われ、さらに低励磁モードにおいて、分割され
た観察画像から観察範囲全体画像が作成および表示さ
れ、観察範囲全体画像にリンクして試料ステージが制御
される。
【0014】以下本発明の実施例を、図1〜図10によ
り説明する。
【0015】図2は本発明の一実施例を示す構成図であ
る。電子銃1より発生したビーム2は第1収束レンズ
3,第2収束レンズ4および対物レンズ5により収束さ
れ、偏向コイル6によってビーム2が試料7の表面上を
走査する。試料7から発生した二次電子は、検出器9に
よって検出され、増幅器10で増幅され、処理装置12
により映像信号に変換され、表示装置13に表示され
る。試料7は試料ステージ8に装着され、対物レンズ5
の内部に配置される。
【0016】図5は、試料ステージ8内の試料を搭載す
る試料ホールダ先端部である。試料ホールダ15は、X
Y平面上がフォーカス位置になるように設定され、試料
7の観察面は概ねこのXY平面上に搭載される。試料7
の近傍には、基準マーク16を設ける。図6のように、
基準マーク16は切片17上に複数形成されている。基
準マーク詳細18に示すように、各基準マーク16はフ
ォーカス合わせの目印となる中心マーク18aを含む複
数のパターンから構成され、中心マーク18aにはXY平
面の座標情報を予め設定しておく。また、基準マーク1
6は数十倍から数百倍の倍率で観察し易いように、概ね
傷の無い導電性板に、幅・深さとも数μmの線や形状を
エッチングで作成する。
【0017】導電性板には、シリコンウエハーなどエッ
チングが可能で走査形電子顕微鏡用の観察に耐えうる材
料を用いる。本例では中心マーク18aに十字マークを
配置し、中心マーク18aの周囲に矩形マーク18bを
配置した例であるが、長さが測定できるように目盛り等
を描いておいても良い。また別例として、図7のよう
に、基準マーク16を試料ホールダ15上に直接形成し
ても良い。基準マーク詳細18のように、切削加工や刻
印によって目印となる中心マーク18aを形成する。
【0018】以上のような構成において、図1の処理フ
ローに従い処理する。
【0019】予め基準マーク16がビーム走査中心に配
置するように設定された座標(以下、基準マーク中心座
標と略す)により、試料ステージ8を制御して、基準マ
ーク16をビーム走査領域に移動する(処理101)。
【0020】次に図4の強励磁モードにおいて、基準マ
ーク16上をビーム2で走査させながら、予め設定され
た第1収束レンズ3と第2収束レンズ4および対物レン
ズ5のフォーカス条件で信号を順次検出し、基準マーク
のフォーカスが合うレンズ制御条件を導出する。
【0021】この時に取得される画像から、画像処理に
より基準マーク16の中心マーク18aを抽出し、視野
中心からのX,Y方向の位置ずれ量を求め、この位置ず
れ量に対応する補正値を既に登録されていた基準マーク
中心座標にフィードバックして、基準マーク中心座標を
更新および登録する(処理102)。
【0022】次に図3の低励磁モードにおいて、基準マ
ーク16上をビーム2で走査させながら、予め設定され
た第1収束レンズ3と第2収束レンズ4のフォーカス条
件で信号を順次検出し、基準マークのフォーカスが合う
レンズ制御条件を導出して、このレンズ制御条件で画像
を取得する。
【0023】ここで、図8のように、画像処理で強励磁
モードの観察画像19と低励磁モードの観察画像20か
ら中心マーク18aを抽出し、中心マーク18aのX方
向の位置ずれ量(X1−X2)とY方向の位置ずれ量(Y
1−Y2)を求め、この位置ずれ量に対応する補正値を偏
向コイル6にフィードバックして、ビーム2の走査位置
を移動させ、登録された強励磁モードの視野に概ね一致
するように合わせる(処理103)。なお、強励磁モー
ドと、低励磁モードの観察倍率が異なる場合には、倍率
を補正した位置ずれ量を求めて視野合わせを行う。
【0024】次に低励磁モードにおいて、試料ステージ
8を制御し、図9のように予め設定された分割領域2
1,22,23,24の各中心位置を順次ビーム走査中
心に移動させ、それぞれ得られる画像を登録し、各画像
を合成して観察範囲全体画像25を作成する(処理10
4)。本例では4分割だが分割数等は条件の設定で変更
できる。
【0025】次に、図10のように表示画面26に観察
範囲全体画像25を表示し、観察位置28を観察範囲全
体画像25上に表示させる。操作者は、観察位置28の
位置情報を観察範囲全体画像25上で確認しながら入力
装置14で入力すると、処理装置12で指定位置に対応
する座標が計算される(処理105)。
【0026】最後に、処理105で計算された座標よ
り、処理装置12から制御装置11へ制御信号が送ら
れ、試料ステージ8が制御される(処理106)。
【0027】フォーカス合わせや視野合わせに用いられ
る基準マーク16は、ビーム2の照射により、コンタミ
ネーションの付着やダメージを受けるので、やがて使用
できなくなる。
【0028】このため、操作者は複数の基準マークの中
から、フォーカス合わせや視野合わせに使用できる基準
マーク1個を選択する。なお、すべての基準マーク16
が使用不可能になった時は、クリーニングか、もしくは
図6の切片17を交換する。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、低励磁
モードと強励磁モードで視野合わせが行われ、低倍率か
ら高倍率まで視野ずれなく観察できるのでフォーカス合
わせが容易になる。また、観察画像と一緒に観察範囲全
体画像が表示され、観察範囲全体画像の画面と試料ステ
ージ制御が連動するので、試料全体における観察位置
(特に断面試料)の判断が容易になる。
【0030】また基準マークは複数個あるので、一つの
基準マークがダメージを受けても、他の基準マークを選
択できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の走査形電子顕微鏡の操作処理フローチ
ャート。
【図2】走査形電子顕微鏡構成を示す図。
【図3】低励磁モードのビーム軌道を示す図。
【図4】強励磁モードのビーム軌道を示す図。
【図5】試料ホールダ先端部を示す図。
【図6】基準マークを示す図。
【図7】基準マークを示す図。
【図8】視野合わせを示す図。
【図9】観察範囲全体像の作成を示す図。
【図10】表示装置画面を示す図。
【符号の説明】
1…電子銃、2…ビーム、3…第1収束レンズ、4…第
2収束レンズ、5…対物レンズ、6…偏向コイル、7…
試料、8…試料ステージ、9…検出器、10…増幅器、
11…制御装置、12…処理装置、13…表示装置、1
4…入力装置、15…試料ホールダ、16…基準マー
ク、17…切片、18…基準マーク詳細、18a…中心
マーク、18b…矩形マーク、19…強励磁モードの観
察画像、20…低励磁モードの観察画像、21,22,
23,24…分割観察領域、25…観察範囲全体画像、
26…表示装置画面、27…観察画面、28…観察位
置。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ビームを発生する電子銃と、ビーム光軸上
    にビームを細く絞る第1収束レンズと第2収束レンズお
    よび対物レンズと、該ビームを試料上で走査および偏向
    させる偏向コイルと、該対物レンズ中に該試料を試料ホ
    ールダで保持し、ビーム光軸と直交するX軸方向、X軸
    と直交するY軸方向、およびZ軸方向(ビーム光軸方
    向)に移動、およびX軸周りに回転可能な試料ステージ
    と、該試料から発生した二次信号を検出する手段と、検
    出した二次信号を映像信号に変換して表示する手段と、
    これらの装置を制御する手段を具備したインレンズ方式
    の走査形電子顕微鏡において、 該試料ホールダ上の基準高さとなる平面上に基準マーク
    を設け、該電子銃より発生したビームを第1収束レンズ
    と、第2収束レンズおよび対物レンズで制御する動作モ
    ード(以下、強励磁モードと略す)と、該電子銃より発
    生したビームを第1収束レンズと、第2収束レンズで制
    御する動作モード(以下、低励磁モードと略す)を有
    し、該基準マークを該ビームの走査領域に移動させる第
    一の手順と、前記強励磁モードにより前記基準マークの
    画像を検出して、該基準マークが該ビームの走査中心に
    位置するときのステージ座標を登録する第二の手順と、
    前記低励磁モードにより前記基準マークの画像を検出
    し、該基準マーク画像が第一の手順で検出した基準マー
    クの画像位置と同じ位置になるように、該ビームの走査
    領域を補正する第三の手順と、前記低励磁モードによ
    り、予め指定された試料領域を複数の領域に分割して画
    像を取り込む第四の手順と、第四の手順で取り込まれた
    複数画像における指定位置から対応する試料ステージの
    座標を計算する第五の手順と、第五の手順で得られた座
    標に試料ステージを移動させる第六の手順からなる試料
    ステージの制御法を有することを特徴とする走査電子顕
    微鏡。
  2. 【請求項2】請求項1に記載の走査形電子顕微鏡におい
    て、前記第三の手順は、画像処理により基準マークの位
    置ずれを検出して、低励磁モードにおける前記走査領域
    を補正することを特徴とする走査形電子顕微鏡。
  3. 【請求項3】請求項1又は2に記載の走査形電子顕微鏡
    において、前記試料ホールダ上に設けられた基準マーク
    は、試料搭載部の周囲に複数点配置することを特徴とす
    る走査形電子顕微鏡。
  4. 【請求項4】請求項1から3のいずれか1項に記載の走
    査形電子顕微鏡において、前記試料ホールダ上に設けら
    れた基準マークは、導電性板上にエッチングで形成され
    たパターンであることを特徴とする走査形電子顕微鏡。
  5. 【請求項5】請求項1から3のいずれか1項に記載の走
    査形電子顕微鏡において、前記試料ホールダ上に設けら
    れた基準マークは、試料ホールダ上に、切削あるいは刻
    印により直接形成されたパターンであることを特徴とす
    る走査形電子顕微鏡。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8907303B2 (en) 2011-06-09 2014-12-09 Hitachi High-Technologies Corporation Stage device and control method for stage device
JP2017069024A (ja) * 2015-09-30 2017-04-06 株式会社日立ハイテクサイエンス 試料位置合わせ方法および荷電粒子ビーム装置

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