JP2004319378A - Magnetic lens, and electron/ion beam optical instrument - Google Patents

Magnetic lens, and electron/ion beam optical instrument Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that the magnetic intensity by hysteresis characteristic of a magnetic lens cannot be determined uniquely. <P>SOLUTION: The magnetic lens 5 is a magnetic lens for focusing an electron beam or ion beam, which comprises a magnetic sensor 11 at the sample-side tip of a magnetic yoke 5b constituting the magnetic lens at least outside the axis 6 of an electronic optical system relative to the magnetic yoke 5b on the axis 6 side of the electronic optical system. The magnitude of the current supplied to a magnetic coil 5a is controlled by use of the output of the magnetic sensor, whereby the magnetic intensity is controlled to a predetermined value. According to this, the magnetism generated by the magnetic lens is controlled to a predetermined intensity to control the magnetic intensity to the predetermined value, whereby the focal distance is uniquely determined, and the distance on an observation sample is uniquely determined. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、荷電粒子を用いて分析、計測、観察、製造を行う装置に関し、特に電子顕微鏡やFIB(Focused Ion Beam:集束イオンビーム)などの電子・イオンビーム光学機器が備える、電子線又はイオンビームを集束させる磁気型集束レンズ、磁気型対物レンズ等の磁気レンズに関する。
【0002】
【従来の技術】
電子線やイオンビーム等の荷電粒子を集束させるレンズとして、静電型レンズや磁気型レンズがあり、走査電子顕微鏡などでは一般的に磁気型レンズが用いられている。磁気型レンズは、銅線などで構成されるコイルと純鉄などで構成される磁気ヨークとから構成され、コイルに所定の電流を流して磁気を発生させることで磁気レンズを構成し、電子やイオンの荷電粒子を集束させている。
【0003】
この磁気型レンズの強度は、コイルに供給する電流により制御することができる。磁気ヨークは、コイルから発生する磁気を磁極に集中させ、レンズの集束力を高め、焦点距離を短くさせる効果がある。
【0004】
透過型電子顕微鏡(TEM),走査型電子顕微鏡(SEM)の他、オージェ分析装置、電子線溶接装置、電子線描画装置、半導体の各種検査装置などにおいて使用する磁気型レンズについては、例えば、非特許文献1に記載されている。
【0005】
【非特許文献1】
「電子・イオンビームハンドブック」第3版
出版社 日刊工業新聞社
発行年 平成10年10月28日(第3版)
編集 日本学術振興会第132委員会
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
従来の磁気型レンズ(以下、磁気レンズという)では、磁気ヨークに純鉄などの磁性材料を使用している。これら磁性材料はヒステリシスを有しており、コイルに流す電流に対して磁気レンズから発生する磁気の強度が励磁の履歴によって異なった値となる。
【0007】
オートフォーカス機能では、対物レンズに流す電流を段階的に変化させ、その各々の場合で画像の焦点の度合いを表す数値を求め、最も良く焦点の合う場合の電流値を記憶しておき、その後、記憶している最も良く焦点の合う電流値を設定することでレンズの強度を設定している。
【0008】
このとき、磁気レンズから発生する磁気の強度は上記磁気ヒステリシスのため励磁の履歴によって異なり、良好な焦点を得る電流を一意に定めることができない。図7は磁気レンズの電流制御を説明するための図である。図7において、フォーカス機能で設定しておいた電流IFをコイルに流して励磁すると、磁気レンズから発生する磁気強度(図では磁束密度Bで示している)は、ヒステリシス特性によりB1からB2までの励磁の履歴によって異なった値となる。
【0009】
そのため、オートフォーカスにより得られた電流値を対物レンズに流しても、励磁の履歴により焦点の合う磁気が発生するとは限らず、試料上の電子線の焦点がずれるという問題がある。
【0010】
磁気レンズを備えた電子・イオンビーム光学機器において、観察試料上において観察対象の大きさを知るには2点間の距離が分かる必要がある。この観察試料上の距離は、オートフォーカス機能により得た焦点距離を用いることにより得られるが、上記したようにヒステリシス特性によりコイル電流に対する磁気強度が励磁の履歴によって異なるため、コイル電流からは焦点距離を一意に定めることができず、観察試料上の距離も一意に定めることができないという問題がある。
【0011】
そこで、本発明は前記した従来の磁気レンズのヒステリシス特性による磁気強度が一意に定まらないという問題点を解決し、磁気レンズが発生する磁気を所定の強度に制御することを目的し、磁気強度を所定値に制御することにより焦点距離を一意に定め、また、観察試料上の距離を一意に定めることを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明は、磁気レンズが発生する磁気強度を測定し、この磁気強度に基づいて励磁電流を制御するものであり、磁気レンズが発生する磁気強度を用いることにより、磁気レンズのヒステリシス特性の影響を受けることなく磁気レンズに供給する励磁電流の強度を定めることができる。
【0013】
本発明の磁気レンズは、電子線又はイオンビームを集束させる磁気レンズであって、磁気レンズを構成する磁気ヨークの試料側先端であって、少なくとも電子光学系の軸側の磁気ヨークに対して、電子光学系の軸の外側に磁気センサを備える構成とする。
【0014】
磁気レンズのコイルに励磁電流を流すと磁気ヨークの磁極間や磁気ヨークの周辺に磁気が発生する。磁気レンズは、この磁気の内で、電子光学系の軸側に発生する磁気により電子線やイオンビームを試料上に集束させる。電子光学系の軸側の磁気強度と、電子光学系の軸に対して磁気ヨークの外側の磁気強度との間には一定の関係がある。本発明の磁気レンズは、磁気ヨークの外側に設けた磁気センサにより磁気強度を測定することにより、電子光学系の軸側の磁気強度を求める。
【0015】
磁気センサの配置位置は、磁気ヨークの形状に応じて定めることができるが、少なくとも電子光学系の軸側にある磁気ヨークに対して、電子光学系の軸と反対側(外側)とすることにより、電子光学系の軸を通る電子線やイオンビームなどの荷電粒子に影響を与えることなく、磁気レンズの磁気強度を測定することができる。
【0016】
本発明の磁気レンズに供給する励磁電流の制御は、磁気センサの出力に基づいて磁気レンズが発生する磁気強度が所定値となるように行う。この制御によれば、目標とする磁気強度から励磁電流を定めることにより、磁気レンズのヒステリシス特性に応じて励磁電流が自動で定まることになり、磁気強度に対して励磁電流を定めることができる。
【0017】
図4は本発明の磁気レンズの電流制御を説明するための図である。図4において、フォーカス機能により予め設定しておいた磁気強度(図では磁束密度Bで示している)BFに対して、磁気レンズに供給する励磁電流Iはヒステリシス特性により異なる(例えば、I1あるいはI2)が、制御目標である磁気強度Bとなる励磁電流Iはその励磁レンズの励磁の履歴により一つであるため、所定の磁気強度となるように励磁電流を段階的に変化させて調整することにより励磁電流を定めることができる。
【0018】
また、本発明は上記の磁気レンズを備えた電子・イオンビーム光学機器とすることができ、磁気センサの出力に基づいて観察試料上の任意の2点間の距離を求めることができる。磁気センサの出力に基づいて焦点距離を求め、この焦点距離に対応する倍率から観察試料上の任意の2点間の距離を求める。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図を参照しながら詳細に説明する。
【0020】
図1,2は本発明の磁気レンズ及び電子・イオンビーム光学機器を説明するための概略図である。
【0021】
図1,2において、電子・イオンビーム光学機器1は、荷電粒子ビーム源2と、荷電粒子ビーム源2からの荷電粒子ビームを集束する集束レンズ3、荷電粒子ビームを試料7上に集束する対物レンズ5、集束レンズ3と対物レンズ5との間に配置し、対物レンズ5に対して荷電粒子ビームを絞るための対物アパーチャ4、荷電粒子ビームを試料7上で走査させる走査コイル10を備え、これらを電子光学系の軸6に沿って配置する。
【0022】
荷電粒子ビーム源2は、例えば電子線やイオンビーム等の荷電粒子ビームを放出する。放出された荷電粒子ビームは、電子光学系の軸6に沿って進み、集束レンズ3や対物レンズ5により試料7上に集束される。荷電粒子ビームが試料7上に照射されると、試料7からは例えば2次電子線や特性X線が放出される。試料7から放出された2次電子は2次電子検出器9により検出される。
【0023】
磁気レンズ5は、対物レンズコイル5aと対物レンズヨーク5bとを備える。対物レンズコイル5aには対物レンズ駆動電源13から励磁電流が供給されて磁気を発生する。対物レンズヨーク5bは、発生した磁気をヨーク先端に集約させ磁気強度を高める。対物レンズヨーク5bの先端は、試料7側の電子光学系の軸6の近傍に配置され、電子光学系の軸6を通る荷電粒子ビームを試料7上に効率良く集束させる。
【0024】
本発明の磁気レンズ5は、少なくとも電子光学系の軸6側の磁気ヨーク部分に対して軸6の外側に磁気センサ11を備える。磁気センサ11の出力は、制御手段12により対物レンズのコイルに供給する電流の大きさを求め、対物レンズ駆動電源13を制御する。
【0025】
図1は磁気センサ11を対物レンズヨーク5bの二股のヨーク間に配置した構成例を示している。この構成例によれば、磁気センサ11は、対物レンズヨーク5bの二股のヨーク間に発生している試料側の磁気強度を測定する。また、図2は磁気センサ11を対物レンズヨーク5bの二股の外側ヨークの外側に配置した構成例を示している。この構成例によれば、磁気センサ11は、対物レンズヨーク5bの外側に発生している試料側の磁気強度を測定する。
【0026】
これらの位置における磁気強度は、対物レンズヨーク5bの先端付近の電子光学系の軸6上に発生する磁気強度との間に一定の関係があり、磁気センサ11の出力により対物レンズが荷電粒子を集束する磁気強度を求めることができる。
【0027】
図3は磁気センサの配置例を説明するための図である。対物レンズは種々の構造のものが提案されている。例えば、図3(a)に示す対物レンズ5Aはピンホールレンズと呼ばれるレンズ構造であり、図3(b)に示す対物レンズ5Bはシュノーケルレンズと呼ばれるレンズ構造であり、図3(c)に示す対物レンズ5Cはシングルポールレンズと呼ばれるレンズ構造である。各図はそれぞれ断面を示している。
【0028】
上記した対物レンズ5A〜5Cの何れの構造においても、対物レンズヨーク5bの試料7側の先端を電子光学系の軸6に接近させて配置し、対物レンズコイル5aで発生した磁気を試料上に集約させている。
【0029】
図3(a)に示す対物レンズ5Aにおいて、対物レンズヨーク5bは、電子光学系の軸6に対して内側のヨーク部分と外側のヨーク部分とを連結して備え、試料7側に面した一部は開放され、対向するヨークの先端間に磁気を発生させている。磁気センサ11は、この対向するヨークの先端の近傍で、内側のヨーク部分に対して電子光学系の軸6の外側に配置する。この位置の磁気強度は、対向するヨークの先端間の磁気、及び軸6上の磁気とほぼ同様の磁気強度特性を示す。
【0030】
図3(b)に示す対物レンズ5Bにおいて、対物レンズヨーク5bは、電子光学系の軸6に対して内側のヨーク部分と外側のヨーク部分との二股形状を連結して備え、二股ヨーク部分の試料7側に面した部分は開放され、対向するヨークの先端間に磁気を発生させている。磁気センサ11は、この対向するヨークの先端の近傍で二股ヨークの間に配置する。この位置の磁気強度は、対向するヨークの先端間の磁気、及び軸6上の磁気とほぼ同様の磁気強度特性を示す。
【0031】
図3(c)に示す対物レンズ5Cにおいて、対物レンズヨーク5bは、電子光学系の軸6に対して内側のヨーク部分のみを備え、その先端部分を試料7側において電子光学系の軸6に接近させて配置し、ヨークの先端に磁気を発生させている。磁気センサ11は、このヨークの先端の近傍で、ヨークに対して電子光学系の軸6の反対側に配置する。この位置の磁気強度は、ヨークの先端の軸6上の磁気とほぼ同様の磁気強度特性を示す。
【0032】
磁気センサ11で測定した出力は、電子光学系の軸6上の磁気強度と一致しないが、この出力と磁気強度との間には所定の関係があるため、磁気センサの出力から電子光学系の軸6上の磁気強度を求めることができる。
【0033】
前記した図4において、縦軸の磁気強度(図では磁束密度Bで示している)において、この磁気強度を磁気センサ11で測定した磁気強度とした場合には、この磁気強度はその時点で対物レンズコイル5aに供給した励磁電流により発生した磁気強度を表している。したがって、予め目標とする磁気強度となるように、磁気センサ11の出力を参照しながら励磁電流Iを制御することにより、ヒステリシス特性に関わらず目標とする磁気強度を設定することができる。
【0034】
オートフォーカス処理では、磁気レンズに流す供給電流を段階的に変化させ、その各々の場合で画像の焦点の度合いを表す数値を求め、最も良く焦点が合う場合の磁気センサの出力を記憶しておき、その後、記憶している最も良く焦点が合う磁気強度となるように、磁気センサの出力を参照しながら電流値を設定することにより、磁気レンズの強度を焦点が合う値に設定することができる。
【0035】
上記の磁気レンズの制御は、制御手段12において磁気センサ11の出力と、予め記憶させておいた最も良く焦点が合う場合の磁気センサの出力とに基づいて電流値を求め、この電流値により対物レンズ駆動手段13を制御することで行う。
【0036】
次に、磁気レンズを備える電子・イオンビーム光学機器において、観察試料上の任意の2点間の距離を求める点について説明する。
【0037】
対物レンズは、レンズの集束力により荷電粒子ビームの焦点距離WDを調節する。例えば、対物レンズコイルに供給する励磁電流を大きくしてレンズの集束力を高めると焦点距離WDが短くなり、逆に、対物レンズコイルに供給する励磁電流を小さくしてレンズの集束力を弱めると焦点距離WDが長くなる。この焦点距離WDと観察像の倍率とから電子線の走査角度θが決まる。更に、走査角度から観察像の領域の長さは試料上ではL1(=2WDtanθ)となる。
【0038】
上記の関係から、対物レンズの磁気強度と観察試料上の距離との間には、観察像の倍率及び焦点距離を介して所定の関係が成り立つ。図5は、この対物レンズの磁気強度Bと焦点距離WD、走査角度、及び観察試料上の2点間の距離Lとの間の関係を説明するための図である。
【0039】
図5(a)は、対物レンズの磁気強度B1が弱い場合を示している。この場合には、焦点距離WD1が長くなり、観察試料上の2点間の距離L1は長くなる。一方、図5(b)は、対物レンズの磁気強度B2が強い場合を示している。この場合には、焦点距離WD2が短くなり、観察試料上の2点間の距離L2は長くなる。
【0040】
したがって、予め対物レンズの磁気強度と焦点距離との関係、及び焦点距離と観察試料上の2点間の距離との関係を求めておくことにより、磁気センサで測定した磁気強度から焦点距離を求めることができ、さらに、観察試料上の2点間の距離との関係を求めることができる。図6は、磁気レンズの磁気強度と観察試料上の2点間の距離との関係を模式的に表した図であり、例えば、磁気センサで測定した磁気強度がB1であるとき、この関係を用いてこの磁気強度における観察試料上の2点間の距離L1を求めることができる。
【0041】
観察像上において任意に選んだ2点間の距離Lは、例えば、その時点で設定された磁気強度において、観察像の領域の1辺の長さM1と2点間の距離Lの比率と、前記の2WDtanθの演算で求めた長さL1とから求めることができる。
【0042】
上記した焦点距離及び任意の2点間の距離求める演算は、磁気センサの出力を入力する任意の演算手段で行うことができ、例えば、制御手段12において行うことができる。
【0043】
本発明によれば、過去の励磁の履歴によらず、所望の磁気強度になるように対物レンズの強度を制御することができる。
【0044】
また、本発明によれば、観察試料上の任意の2点の距離を求めることができる。
【0045】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の磁気レンズによれば、励磁電流に対して磁気レンズのヒステリシス特性による磁気強度が一意に定まらないという問題点を解決し、磁気レンズが発生する磁気を所定の強度に制御することができ、また、磁気強度を所定値に制御することにより焦点距離を一意に定めることができ、また、観察試料上の距離を一意に定めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の磁気レンズ及び電子・イオンビーム光学機器を説明するための概略図である。
【図2】本発明の磁気レンズ及び電子・イオンビーム光学機器を説明するための概略図である。
【図3】本発明の磁気センサの配置例を説明するための図である。
【図4】本発明の磁気レンズの電流制御を説明するための図である。
【図5】対物レンズの磁気強度Bと焦点距離WD、及び観察試料上の2点間の距離Lとの間の関係を説明するための図である。
【図6】磁気レンズの磁気強度と観察試料上の2点間の距離との関係を模式的に表した図である。
【図7】磁気レンズの電流制御を説明するための図である。
【符号の説明】
1…電子・イオンビーム光学機器、2…荷電粒子ビーム源、3…集束レンズ、4…対物アパーチャ、5…対物レンズ、5a…対物レンズコイル、5b…対物レンズヨーク,6…電子光学系軸、7…試料、8…2次電子線、9…2次電子検出器、10…走査コイル、11…磁気センサ、12…制御手段、13…対物レンズ駆動電源。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an apparatus that performs analysis, measurement, observation, and manufacturing using charged particles, and particularly relates to an electron beam or an ion included in an electron / ion beam optical device such as an electron microscope or a focused ion beam (FIB). The present invention relates to a magnetic lens such as a magnetic focusing lens for focusing a beam and a magnetic objective lens.
[0002]
[Prior art]
There are an electrostatic lens and a magnetic lens as a lens for focusing charged particles such as an electron beam and an ion beam, and a magnetic lens is generally used in a scanning electron microscope and the like. A magnetic lens is composed of a coil made of a copper wire or the like and a magnetic yoke made of pure iron or the like.A predetermined current is applied to the coil to generate magnetism, thereby forming a magnetic lens. Ion charged particles are focused.
[0003]
The strength of the magnetic lens can be controlled by the current supplied to the coil. The magnetic yoke has the effect of concentrating the magnetism generated from the coil on the magnetic pole, increasing the focusing power of the lens, and shortening the focal length.
[0004]
In addition to transmission electron microscopes (TEM) and scanning electron microscopes (SEM), magnetic lenses used in Auger analyzers, electron beam welding devices, electron beam lithography devices, and various semiconductor inspection devices are, for example, non-magnetic. It is described in Patent Document 1.
[0005]
[Non-patent document 1]
"Electron / Ion Beam Handbook" 3rd Edition Publisher Nikkan Kogyo Shimbun Publisher year October 28, 1998 (3rd edition)
Edit 132nd Committee of the Japan Society for the Promotion of Science [0006]
[Problems to be solved by the invention]
In a conventional magnetic lens (hereinafter referred to as a magnetic lens), a magnetic material such as pure iron is used for a magnetic yoke. These magnetic materials have hysteresis, and the intensity of the magnetism generated from the magnetic lens with respect to the current flowing through the coil has a different value depending on the history of excitation.
[0007]
In the autofocus function, the current flowing through the objective lens is changed stepwise, a numerical value representing the degree of focus of the image in each case is obtained, and the current value at the best focus is stored, and then, The strength of the lens is set by setting the stored current value at which the focus is best.
[0008]
At this time, the intensity of the magnetism generated from the magnetic lens differs depending on the history of excitation due to the magnetic hysteresis, and a current for obtaining a good focus cannot be uniquely determined. FIG. 7 is a diagram for explaining current control of the magnetic lens. In FIG. 7, when the current IF set by the focus function is applied to the coil to be excited, the magnetic intensity (indicated by the magnetic flux density B in the figure) generated from the magnetic lens changes from B1 to B2 due to the hysteresis characteristic. The value differs depending on the excitation history.
[0009]
Therefore, even if the current value obtained by the autofocus is passed through the objective lens, the focused magnet is not always generated due to the history of the excitation, and the electron beam on the sample is defocused.
[0010]
In an electron / ion beam optical device equipped with a magnetic lens, it is necessary to know the distance between two points in order to know the size of the observation target on the observation sample. The distance on the observation sample can be obtained by using the focal length obtained by the autofocus function. However, as described above, the magnetic intensity with respect to the coil current differs depending on the history of excitation due to the hysteresis characteristic. Cannot be uniquely determined, and the distance on the observation sample cannot be uniquely determined.
[0011]
Therefore, the present invention solves the problem that the magnetic intensity due to the hysteresis characteristic of the conventional magnetic lens is not uniquely determined, and aims to control the magnetism generated by the magnetic lens to a predetermined intensity. It is an object of the present invention to uniquely determine the focal length by controlling to a predetermined value and uniquely determine the distance on the observation sample.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
The present invention measures the magnetic intensity generated by a magnetic lens and controls the exciting current based on the magnetic intensity.By using the magnetic intensity generated by the magnetic lens, the influence of the hysteresis characteristic of the magnetic lens can be reduced. The intensity of the exciting current supplied to the magnetic lens can be determined without receiving it.
[0013]
The magnetic lens of the present invention is a magnetic lens that focuses an electron beam or an ion beam, and is a sample-side tip of a magnetic yoke constituting the magnetic lens, at least with respect to a magnetic yoke on an axial side of the electron optical system. The magnetic sensor is provided outside the axis of the electron optical system.
[0014]
When an exciting current is applied to the coil of the magnetic lens, magnetism is generated between the magnetic poles of the magnetic yoke and around the magnetic yoke. The magnetic lens focuses an electron beam or an ion beam on a sample by magnetism generated on the axis side of the electron optical system. There is a certain relationship between the magnetic intensity on the axis side of the electron optical system and the magnetic intensity outside the magnetic yoke with respect to the axis of the electron optical system. In the magnetic lens of the present invention, the magnetic intensity on the axis side of the electron optical system is obtained by measuring the magnetic intensity using a magnetic sensor provided outside the magnetic yoke.
[0015]
The arrangement position of the magnetic sensor can be determined according to the shape of the magnetic yoke, but by setting the magnetic yoke at least on the axial side of the electron optical system on the opposite side (outside) to the axis of the electronic optical system. The magnetic intensity of the magnetic lens can be measured without affecting charged particles such as an electron beam and an ion beam passing through the axis of the electron optical system.
[0016]
The control of the exciting current supplied to the magnetic lens of the present invention is performed so that the magnetic intensity generated by the magnetic lens based on the output of the magnetic sensor becomes a predetermined value. According to this control, by determining the exciting current from the target magnetic strength, the exciting current is automatically determined according to the hysteresis characteristic of the magnetic lens, and the exciting current can be determined with respect to the magnetic strength.
[0017]
FIG. 4 is a diagram for explaining current control of the magnetic lens of the present invention. In FIG. 4, the exciting current I supplied to the magnetic lens differs from the magnetic intensity (indicated by the magnetic flux density B in the figure) BF preset by the focus function due to the hysteresis characteristic (for example, I1 or I2). ), The excitation current I, which becomes the magnetic intensity B, which is the control target, is one according to the excitation history of the excitation lens. Therefore, it is necessary to adjust the excitation current by changing the excitation current stepwise so as to obtain the predetermined magnetic intensity. Can determine the exciting current.
[0018]
Further, the present invention can be an electron / ion beam optical device provided with the above-described magnetic lens, and can determine the distance between any two points on the observation sample based on the output of the magnetic sensor. The focal length is determined based on the output of the magnetic sensor, and the distance between any two points on the observation sample is determined from the magnification corresponding to the focal length.
[0019]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0020]
1 and 2 are schematic diagrams for explaining a magnetic lens and an electron / ion beam optical device according to the present invention.
[0021]
1 and 2, an electron / ion beam optical apparatus 1 includes a charged particle beam source 2, a focusing lens 3 for focusing a charged particle beam from the charged particle beam source 2, and an objective for focusing the charged particle beam on a sample 7. A lens 5, disposed between the focusing lens 3 and the objective lens 5, provided with an objective aperture 4 for narrowing the charged particle beam to the objective lens 5, and a scanning coil 10 for scanning the charged particle beam on the sample 7; These are arranged along the axis 6 of the electron optical system.
[0022]
The charged particle beam source 2 emits a charged particle beam such as an electron beam or an ion beam. The emitted charged particle beam travels along the axis 6 of the electron optical system, and is focused on the sample 7 by the focusing lens 3 and the objective lens 5. When the charged particle beam is irradiated onto the sample 7, the sample 7 emits, for example, a secondary electron beam or a characteristic X-ray. Secondary electrons emitted from the sample 7 are detected by a secondary electron detector 9.
[0023]
The magnetic lens 5 includes an objective lens coil 5a and an objective lens yoke 5b. An exciting current is supplied from an objective lens driving power supply 13 to the objective lens coil 5a to generate magnetism. The objective lens yoke 5b concentrates the generated magnetism at the tip of the yoke to increase the magnetic strength. The tip of the objective lens yoke 5b is arranged near the axis 6 of the electron optical system on the sample 7 side, and efficiently focuses the charged particle beam passing through the axis 6 of the electron optical system on the sample 7.
[0024]
The magnetic lens 5 of the present invention includes a magnetic sensor 11 at least outside the axis 6 with respect to the magnetic yoke portion on the axis 6 side of the electron optical system. The output of the magnetic sensor 11 determines the magnitude of the current supplied to the coil of the objective lens by the control means 12 and controls the objective lens drive power supply 13.
[0025]
FIG. 1 shows an example of a configuration in which the magnetic sensor 11 is arranged between two forked yokes of the objective lens yoke 5b. According to this configuration example, the magnetic sensor 11 measures the magnetic intensity on the sample side generated between the forked yokes of the objective lens yoke 5b. FIG. 2 shows a configuration example in which the magnetic sensor 11 is arranged outside the forked outer yoke of the objective lens yoke 5b. According to this configuration example, the magnetic sensor 11 measures the sample-side magnetic intensity generated outside the objective lens yoke 5b.
[0026]
The magnetic intensity at these positions has a fixed relationship with the magnetic intensity generated on the axis 6 of the electron optical system near the tip of the objective lens yoke 5b, and the output of the magnetic sensor 11 causes the objective lens to detect charged particles. The focusing magnetic intensity can be determined.
[0027]
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of the arrangement of the magnetic sensors. Various types of objective lenses have been proposed. For example, the objective lens 5A shown in FIG. 3A has a lens structure called a pinhole lens, the objective lens 5B shown in FIG. 3B has a lens structure called a snorkel lens, and is shown in FIG. The objective lens 5C has a lens structure called a single pole lens. Each figure shows a cross section.
[0028]
In any of the above-described objective lenses 5A to 5C, the tip of the objective lens yoke 5b on the sample 7 side is arranged close to the axis 6 of the electron optical system, and the magnetism generated by the objective lens coil 5a is placed on the sample. They are being aggregated.
[0029]
In the objective lens 5A shown in FIG. 3A, an objective lens yoke 5b is provided with an inner yoke part and an outer yoke part connected to the axis 6 of the electron optical system, and faces the sample 7 side. The portion is open and generates magnetism between the tips of the opposing yokes. The magnetic sensor 11 is disposed near the tip of the opposed yoke and outside the shaft 6 of the electron optical system with respect to the inner yoke. The magnetic strength at this position shows almost the same magnetic strength characteristics as the magnetism between the tips of the opposing yokes and the magnetism on the shaft 6.
[0030]
In the objective lens 5B shown in FIG. 3B, the objective lens yoke 5b is provided with a bifurcated shape of an inner yoke portion and an outer yoke portion connected to the axis 6 of the electron optical system. The portion facing the sample 7 side is opened, and magnetism is generated between the tips of the opposing yokes. The magnetic sensor 11 is disposed between the forked yokes near the tip of the opposed yoke. The magnetic strength at this position shows almost the same magnetic strength characteristics as the magnetism between the tips of the opposing yokes and the magnetism on the shaft 6.
[0031]
In the objective lens 5C shown in FIG. 3 (c), the objective lens yoke 5b has only a yoke part inside the axis 6 of the electron optical system, and the tip thereof is connected to the axis 6 of the electron optical system on the sample 7 side. They are arranged close to each other to generate magnetism at the tip of the yoke. The magnetic sensor 11 is arranged near the tip of the yoke and on the opposite side of the yoke from the axis 6 of the electron optical system. The magnetic strength at this position shows almost the same magnetic strength characteristics as the magnetism on the shaft 6 at the tip of the yoke.
[0032]
Although the output measured by the magnetic sensor 11 does not match the magnetic intensity on the axis 6 of the electron optical system, there is a predetermined relationship between this output and the magnetic intensity. The magnetic intensity on the axis 6 can be determined.
[0033]
In FIG. 4 described above, when the magnetic intensity on the vertical axis (indicated by the magnetic flux density B in the figure) is the magnetic intensity measured by the magnetic sensor 11, this magnetic intensity is It shows the magnetic intensity generated by the exciting current supplied to the lens coil 5a. Therefore, by controlling the excitation current I while referring to the output of the magnetic sensor 11 so that the target magnetic intensity is attained in advance, the target magnetic intensity can be set regardless of the hysteresis characteristics.
[0034]
In the autofocus process, the supply current flowing through the magnetic lens is changed stepwise, a numerical value representing the degree of focus of the image is obtained in each case, and the output of the magnetic sensor when the best focus is obtained is stored. Then, by setting the current value while referring to the output of the magnetic sensor so that the stored magnetic intensity is the best in focus, the intensity of the magnetic lens can be set to a value in focus. .
[0035]
In the control of the magnetic lens, a current value is obtained based on the output of the magnetic sensor 11 in the control means 12 and the output of the magnetic sensor when the best focus is stored in advance stored in advance. This is performed by controlling the lens driving means 13.
[0036]
Next, a description will be given of a point of obtaining a distance between any two points on an observation sample in an electron / ion beam optical apparatus having a magnetic lens.
[0037]
The objective lens adjusts the focal length WD of the charged particle beam by the focusing power of the lens. For example, if the exciting current supplied to the objective lens coil is increased to increase the focusing power of the lens, the focal length WD is shortened. Conversely, if the exciting current supplied to the objective lens coil is reduced to reduce the focusing power of the lens, The focal length WD becomes longer. The scanning angle θ of the electron beam is determined from the focal length WD and the magnification of the observation image. Further, the length of the region of the observation image is L1 (= 2WD tan θ) on the sample from the scanning angle.
[0038]
From the above relationship, a predetermined relationship is established between the magnetic intensity of the objective lens and the distance on the observation sample via the magnification and the focal length of the observation image. FIG. 5 is a diagram for explaining the relationship between the magnetic intensity B of the objective lens and the focal length WD, the scanning angle, and the distance L between two points on the observation sample.
[0039]
FIG. 5A shows a case where the magnetic intensity B1 of the objective lens is weak. In this case, the focal length WD1 increases, and the distance L1 between two points on the observation sample increases. On the other hand, FIG. 5B shows a case where the magnetic intensity B2 of the objective lens is high. In this case, the focal length WD2 becomes shorter, and the distance L2 between two points on the observation sample becomes longer.
[0040]
Therefore, the focal length is determined from the magnetic intensity measured by the magnetic sensor by previously determining the relationship between the magnetic intensity of the objective lens and the focal length, and the relationship between the focal length and the distance between two points on the observation sample. Further, the relationship with the distance between two points on the observation sample can be obtained. FIG. 6 is a diagram schematically illustrating the relationship between the magnetic intensity of the magnetic lens and the distance between two points on the observation sample. For example, when the magnetic intensity measured by the magnetic sensor is B1, this relationship is shown. The distance L1 between two points on the observation sample at this magnetic intensity can be obtained using the above.
[0041]
The distance L between two points arbitrarily selected on the observation image is, for example, a ratio of the length M1 of one side of the region of the observation image to the distance L between the two points at the magnetic intensity set at that time, It can be obtained from the length L1 obtained by the calculation of 2WD tan θ.
[0042]
The above-described calculation for obtaining the focal length and the distance between any two points can be performed by any calculation unit that inputs the output of the magnetic sensor, and can be performed by the control unit 12, for example.
[0043]
According to the present invention, it is possible to control the intensity of the objective lens so as to obtain a desired magnetic intensity regardless of the past excitation history.
[0044]
Further, according to the present invention, the distance between any two points on the observation sample can be obtained.
[0045]
【The invention's effect】
As described above, according to the magnetic lens of the present invention, the problem that the magnetic intensity due to the hysteresis characteristic of the magnetic lens is not uniquely determined with respect to the exciting current is solved, and the magnetic intensity generated by the magnetic lens is reduced to a predetermined intensity. The focal length can be uniquely determined by controlling the magnetic intensity to a predetermined value, and the distance on the observation sample can be uniquely determined.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram for explaining a magnetic lens and an electron / ion beam optical device according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram for explaining a magnetic lens and an electron / ion beam optical device according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram for explaining an example of arrangement of a magnetic sensor according to the present invention.
FIG. 4 is a diagram for explaining current control of the magnetic lens of the present invention.
FIG. 5 is a diagram for explaining a relationship between a magnetic intensity B of an objective lens, a focal length WD, and a distance L between two points on an observation sample.
FIG. 6 is a diagram schematically illustrating a relationship between the magnetic intensity of a magnetic lens and a distance between two points on an observation sample.
FIG. 7 is a diagram for explaining current control of a magnetic lens.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron and ion beam optical equipment, 2 ... Charged particle beam source, 3 ... Focusing lens, 4 ... Objective aperture, 5 ... Objective lens, 5a ... Objective lens coil, 5b ... Objective lens yoke, 6 ... Electron optical system axis, 7: sample, 8: secondary electron beam, 9: secondary electron detector, 10: scanning coil, 11: magnetic sensor, 12: control means, 13: power supply for driving the objective lens.

Claims (3)

電子線又はイオンビームを集束させる磁気レンズであって、磁気レンズを構成する磁気ヨークの試料側先端であって、少なくとも電子光学系の軸側の磁気ヨークに対して当該軸の外側に磁気センサを備えることを特徴とする磁気レンズ。A magnetic lens that focuses an electron beam or an ion beam, and a magnetic sensor outside the axis of the magnetic yoke constituting the magnetic lens, which is at the sample-side tip and at least the magnetic yoke on the axis side of the electron optical system. A magnetic lens, comprising: 磁気レンズの励磁電流の強度を、前記磁気センサの出力に基づき磁気レンズが発生する磁気強度が所定値となるように制御することを特徴とする、請求項1に記載の磁気レンズ。2. The magnetic lens according to claim 1, wherein the intensity of the exciting current of the magnetic lens is controlled based on the output of the magnetic sensor so that the magnetic intensity generated by the magnetic lens becomes a predetermined value. 請求項1に記載の磁気レンズを備える電子・イオンビーム光学機器であって、
前記磁気センサの出力に基づいて観察試料上の任意の2点間の距離を求めることを特徴とする電子・イオンビーム光学機器。
An electron / ion beam optical apparatus comprising the magnetic lens according to claim 1,
An electron / ion beam optical apparatus, wherein a distance between any two points on an observation sample is obtained based on an output of the magnetic sensor.
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