JP2007095576A - Charged particle beam device and its focus control method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、正確かつ迅速なフォーカス制御を必要とする荷電粒子線装置、特に半導体ウェハやフォトマスク等の表面の観察、検査を行う荷電粒子線装置および荷電粒子線フォーカス制御方法に関するものである。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus that requires accurate and rapid focus control, and more particularly to a charged particle beam apparatus and a charged particle beam focus control method for observing and inspecting the surface of a semiconductor wafer, a photomask or the like.
従来、半導体ウェーハやフォトマスク表面の観察やパターン測長に、電界放出型走査電子顕微鏡(FE−SEM)が用いられている。この装置においては、ZrO/Wエミッタなどから電界放出された電子線ビームが対物レンズにより試料に集束され、偏向器により試料表面に2次元走査される。この際、1次電子ビームの照射により試料より放出された2次電子を2次電子検出器により検出し、SEM像として表示する。 Conventionally, a field emission scanning electron microscope (FE-SEM) has been used for observing semiconductor wafers and photomask surfaces and measuring patterns. In this apparatus, an electron beam emitted from a ZrO / W emitter or the like is focused on a sample by an objective lens, and two-dimensionally scanned on the sample surface by a deflector. At this time, secondary electrons emitted from the sample by irradiation with the primary electron beam are detected by a secondary electron detector and displayed as an SEM image.
FE−SEMなどの対物レンズには、静電レンズよりも高分解能像を得ることが可能な磁界型レンズが通常、用いられている。磁界型レンズは、コイルと、それを取り囲む磁性体の磁気ヨークから構成されている。そして、焦点の合った像を得るため、磁界型対物レンズの強度、すなわちコイル電流の値を調整して、電子線ビームを試料にフォーカスさせる。例えば、測長SEMにおいては、ウェーハやマスク表面の各測長点において、当該コイル電流の大きさを自動的に微小変化させ、最も解像度の良い像を自動的に得るようにする。 As an objective lens such as an FE-SEM, a magnetic field type lens that can obtain a higher resolution image than an electrostatic lens is usually used. A magnetic lens is composed of a coil and a magnetic yoke that surrounds the coil. In order to obtain a focused image, the intensity of the magnetic field type objective lens, that is, the value of the coil current is adjusted, and the electron beam is focused on the sample. For example, in the length measuring SEM, the magnitude of the coil current is automatically changed minutely at each length measuring point on the wafer or mask surface so that an image with the best resolution is automatically obtained.
より具体的には、フォーカス電流値を、小さい値から大きい値へ順次段階的に増加させ、各段階において2次電子信号を採取、評価し、最も解像度の良い像が得られるコイル電流値に設定する。この場合の問題点は、良く知られた磁性体(例えば鉄)のヒステリシスのため、コイルの電流値が同じでも、その電流値に設定する際の履歴により磁界レンズの強度が異なり、フォーカスが合わない場合があること、また、ヒステリシスの影響を小さくするようにコイル電流を制御すると、各点の測長時間が長くなり、スループットが低下するという問題がある。 More specifically, the focus current value is gradually increased from a small value to a large value, and secondary electron signals are collected and evaluated at each stage, and set to a coil current value that provides an image with the best resolution. To do. The problem in this case is the well-known hysteresis of the magnetic material (for example, iron). Even if the current value of the coil is the same, the strength of the magnetic lens differs depending on the history when setting the current value, and the focus is adjusted. In addition, there is a problem that if the coil current is controlled so as to reduce the influence of hysteresis, the measurement time for each point becomes longer and the throughput decreases.
しかし、これら不具合を解消するため、磁界型対物レンズの強度を一定とし、ヒステリシスを生じない静電レンズを可変してフォーカス制御することが考えられる。例えば、磁界型対物レンズより電子源側の位置に、磁界型対物レンズとは独立に静電レンズを設け、これによりフォーカス制御するようにする。このような構成を採用すると、以下に説明するような問題がある。 However, in order to solve these problems, it is conceivable that the intensity of the magnetic field type objective lens is made constant and the electrostatic lens that does not generate hysteresis is varied to perform focus control. For example, an electrostatic lens is provided independently of the magnetic field type objective lens at a position closer to the electron source than the magnetic field type objective lens, thereby performing focus control. When such a configuration is adopted, there are problems as described below.
図7は、従来技術の説明図(その1)を示す。図7は従来技術の静電レンズの配置例である。静電レンズ73は、磁界型対物レンズ74のレンズ磁界75と離れており、レンズ磁界とレンズ電界の重なりがほとんどないように位置している。例えば、磁界型対物レンズ74の上極から電子源側10mmの位置に、静電レンズ73が配置されている。電子源から出た電子線ビームは、対物レンズ74のレンズ磁界75により集束されると共に、図示していない偏向器により試料上に走査される。静電レンズ73の電極には正電圧Veが印加されているので、試料71から放出された2次電子79は、静電レンズ73を通過でき、2次電子検出器72で検出される。
FIG. 7 is an explanatory diagram (part 1) of the prior art. FIG. 7 shows an arrangement example of a conventional electrostatic lens. The electrostatic lens 73 is separated from the lens
図9は、従来技術の説明図(その3)を示す。図9は、図7の構造例において、加速電圧U=1.5KVの場合の、試料面の高さの微小変位ΔZと、静電レンズ73のフォーカス電圧Veとの関係を示す(実線)。比較のために、Veが負の場合も示した(点線)。但し、試料のZ方向の基準位置をΔZ=0とし、ΔZ<0は、フォーカス面が静電レンズに近づき、ΔZ>0は、フォーカス面が静電レンズから遠ざかるとした。 FIG. 9 is an explanatory diagram (part 3) of the prior art. FIG. 9 shows a relationship between the minute displacement ΔZ of the height of the sample surface and the focus voltage Ve of the electrostatic lens 73 when the acceleration voltage U = 1.5 KV in the structural example of FIG. 7 (solid line). For comparison, the case where Ve is negative is also shown (dotted line). However, the reference position in the Z direction of the sample is set to ΔZ = 0, and ΔZ <0 indicates that the focus surface approaches the electrostatic lens, and ΔZ> 0 indicates that the focus surface moves away from the electrostatic lens.
図9において、まず、ΔZ=15μmの位置に、磁界型対物レンズ74にて、電子線ビームをフォーカスする。この状態から、磁界型対物レンズの強度を変化させずに、静電レンズの電圧|Ve|を増加すると、フォーカス位置は、静電レンズ側に近づく。図9より、ΔZ=15μmから、△Z=−15μmまで、静電レンズによりフォーカス制御する
ために必要なVeの最大値は、印加電圧Veが正の場合、230V程度、印加電圧Veが負の場合、200V程度であることが分かる。
In FIG. 9, first, the electron beam is focused by the magnetic field type objective lens 74 at a position of ΔZ = 15 μm. From this state, if the electrostatic lens voltage | Ve | is increased without changing the intensity of the magnetic field type objective lens, the focus position approaches the electrostatic lens side. From FIG. 9, the maximum value of Ve required for focus control by the electrostatic lens from ΔZ = 15 μm to ΔZ = −15 μm is about 230 V when the applied voltage Ve is positive, and the applied voltage Ve is negative. In this case, it is understood that the voltage is about 200V.
この場合の問題点は、フォーカス電圧Veが試料変位△Zに対し線形ではないので制御が複雑になること、より線形にするために|Ve|を100V程に上げると、必要な|Ve|の最大値がより大きくなることである。更に、電子線ビームは、偏向器により磁界型レンズの中心を通るように走査されるが、磁界型レンズのレンズ中心と離れている静電レンズの偏向作用を受けるため、静電レンズの印加電圧Veを変化させると、倍率が変化する問題が発生してしまう。 The problem in this case is that the focus voltage Ve is not linear with respect to the sample displacement ΔZ, so that the control becomes complicated. If | Ve | is increased to about 100 V in order to make it more linear, the necessary | Ve | The maximum value is larger. Furthermore, the electron beam is scanned by the deflector so as to pass through the center of the magnetic lens. However, since the electron beam is subjected to the deflection action of the electrostatic lens away from the lens center of the magnetic lens, the applied voltage of the electrostatic lens When Ve is changed, there arises a problem that the magnification is changed.
図7の構成において、上述の倍率が変化する問題を解消するには、静電レンズを磁界型レンズとほぼ同一位置に移動させれば良いと考えられる。 In the configuration of FIG. 7, it is considered that the electrostatic lens may be moved to substantially the same position as the magnetic lens in order to solve the above-described problem of changing the magnification.
図8は、従来技術の説明図(その2)を示す。図8は、静電レンズを磁界型レンズとほぼ同一位置に移動させ、磁界型レンズの強度は同じとし、加速電圧U=1.5KV、Veを正とした場合の、試料面の高さの微小変位△Zと、静電レンズのフォーカス電圧Veとの関係を示す。後述するように、Veが0〜+1400Vまで、静電レンズのフォーカス作用が無く、1400V付近からフォーカス作用が生じているように見える。図8より分かるように、△Z=15μmから、ΔZ=−15μmまで、静電レンズによりフォーカス制御するには、印加電圧Veは、+1400〜+1500V程度と極めて大きな値が必要であり、実用的ではない。 FIG. 8 is an explanatory diagram (part 2) of the prior art. FIG. 8 shows the height of the sample surface when the electrostatic lens is moved to substantially the same position as the magnetic lens, the strength of the magnetic lens is the same, the acceleration voltage U = 1.5 KV, and Ve is positive. The relationship between the minute displacement ΔZ and the focus voltage Ve of the electrostatic lens is shown. As will be described later, there is no focusing action of the electrostatic lens until Ve is 0 to + 1400V, and it appears that the focusing action is generated from around 1400V. As can be seen from FIG. 8, in order to perform focus control with an electrostatic lens from ΔZ = 15 μm to ΔZ = −15 μm, the applied voltage Ve requires an extremely large value of about +1400 to +1500 V. Absent.
また、試料自体に電圧を印加して、当該電圧を可変とすることで、当該試料に入射する1次電子線ビームの実効的な加速電圧を小さくなどして調整し、結果的にフォーカス制御することも行われる。しかし、試料が、マスクやウェーハ上のレジスト等の、絶縁物あるいは絶縁物に近い場合には、フォーカス精度が劣化するという問題があった。 Further, by applying a voltage to the sample itself and making the voltage variable, the effective acceleration voltage of the primary electron beam incident on the sample is adjusted to be small, and as a result, focus control is performed. Things are also done. However, when the sample is an insulator such as a mask or a resist on a wafer or close to the insulator, there is a problem that the focus accuracy is deteriorated.
本発明は、これらの問題を解決するため、静電レンズを対物レンズの磁界内に配置して当該静電レンズの荷電粒子線ビームに対する加速あるいは減速の作用による当該対物レンズのレンズ作用を弱めあるいは強めさせると共に合わせて当該静電レンズによるレンズ作用も行わせ、静電レンズの可変電圧を極めて小さくして正確にフォーカス制御するようにしている。 In order to solve these problems, the present invention reduces the lens action of the objective lens by accelerating or decelerating the charged particle beam of the electrostatic lens by placing the electrostatic lens in the magnetic field of the objective lens. At the same time, the lens action is also performed by the electrostatic lens, and the variable voltage of the electrostatic lens is made extremely small so that the focus is controlled accurately.
本発明は、以下の効果がある。
(1) ヒステリシスがないので、フォーカスが正確で、解像度の高い像が得られる。
The present invention has the following effects.
(1) Since there is no hysteresis, an image with high focus and high resolution can be obtained.
(2) ヒステリシスがないので、迅速なフォーカス合わせが可能で、スループットが向上する。 (2) Since there is no hysteresis, quick focusing is possible and throughput is improved.
(3) 試料から放出された2次電子を対物レンズの磁極の孔を通過後に検出する場合、静電レンズの電極への比較的小さい印加電圧でフォーカス制御が可能なので、静電レンズにおいてしばしば生じる放電の問題がない。試料付近の真空が悪い場合でも、静電レンズにおける放電が抑制できる。 (3) When secondary electrons emitted from the sample are detected after passing through the hole of the magnetic pole of the objective lens, focus control is possible with a relatively small applied voltage to the electrode of the electrostatic lens, and this often occurs in the electrostatic lens. There is no problem of discharge. Even when the vacuum near the sample is poor, discharge in the electrostatic lens can be suppressed.
(4) 静電レンズと磁界レンズをほぼ同一位置に配置したので、静電レンズを変化させてフォーカスさせた時の倍率変化を小さく抑えられる。 (4) Since the electrostatic lens and the magnetic lens are disposed at substantially the same position, a change in magnification when the electrostatic lens is changed and focused can be suppressed to a small value.
本発明は、静電レンズを対物レンズの磁界内に配置して当該静電レンズの荷電粒子線ビームに対する加速あるいは減速の作用による当該対物レンズのレンズ作用を弱めあるいは強めさせると共に合わせて当該静電レンズのレンズ作用も行わせることにより、静電レンズの可変電圧を極めて小さくして正確にフォーカス制御し、測長SEMにおける測長精度およびスループットを大幅に向上させることを実現した。 In the present invention, an electrostatic lens is arranged in the magnetic field of the objective lens to weaken or strengthen the lens action of the objective lens due to acceleration or deceleration of the electrostatic lens with respect to the charged particle beam. By performing the lens action of the lens, the variable voltage of the electrostatic lens is made extremely small to perform accurate focus control, and the length measurement accuracy and throughput in the length measurement SEM are greatly improved.
図1は、本発明の1実施例構造図を示す。
図1において、磁界型対物レンズ1は、コイル2とそれを軸対称に取り囲む磁気ヨークとから構成されるものである。磁気ヨークの両端は、上極3と下極4からなる。コイル2に電流を流すと、上極3と下極4の間にレンズ磁界が生じ、光軸5における光軸方向の磁束密度分布(Bz)6が形成される。例えばフォトマスクよりなる試料7は、磁束密度分布内に設置されている(磁界型イマージョンレンズという)。さらに、対物レンズ磁界内に、光軸5を軸として、ここでは、3枚の電極からなる静電レンズ(静電アイシツケルレンズ)8が組み込まれている。
FIG. 1 shows a structural diagram of one embodiment of the present invention.
In FIG. 1, a magnetic field type
光軸5方向からの電子線ビームは、主に磁界レンズの作用により集束され、図示外の走査偏向器により、試料7面上を走査される。これにより発生した2次電子9は、対物レンズ磁界の作用により光軸上に集束され、対物レンズを通過後、静電レンズより電子源側に設けられた2次電子検出器10(ここではMCP:マイクロチャンネルプレート)により検出される(TTL検出という)。
The electron beam from the direction of the
静電レンズ8には、例えば中央の電極に数10Vの正電圧が印加され、両側の電極はアース電位に設定されている。試料7からの2次電子のエネルギーは−5V前後であるので、静電レンズ8に数10Vの負電圧が印加されると、2次電子は当該レンズを通過できず、当該2次電子検出器10によって検出されないため、通常は、正電圧を印加し、磁界レンズの作用により2次電子は光軸の回りを回転しながら上方の2次電子検出器10に向けて走行し、検出される。
In the electrostatic lens 8, for example, a positive voltage of several tens of volts is applied to the center electrode, and the electrodes on both sides are set to the ground potential. Since the energy of secondary electrons from the sample 7 is around −5V, when a negative voltage of several tens of volts is applied to the electrostatic lens 8, the secondary electrons cannot pass through the lens, and the secondary electron detector. 10, normally, a positive voltage is applied, and the secondary electron travels toward the upper
電子線ビームが試料の高さ基準位置に磁界型対物レンズの作用により集束している状態で、試料面の高さに微小変位がある場合、磁界レンズの強度は一定とし、静電レンズ8の印加電圧を制御することにより、フォーカスを微調制御することができる。 In a state where the electron beam is focused at the height reference position of the sample by the action of the magnetic field type objective lens, if the sample surface is slightly displaced, the strength of the magnetic lens is constant, and the electrostatic lens 8 The focus can be finely controlled by controlling the applied voltage.
図2は、本発明の説明図(その1)を示す。当該図2に、加速電圧U=1.5KVの場合の、試料面の高さの微小変位と、静電レンズのフォーカス電圧との関係の例を示す。両者の関係は、ほぼ線形である。図2の実線は、中央に電極の印加電圧が正の場合の例を示している。すなわち、試料の高さ基準位置△Z=0において、フォーカス電圧を+32Vとする。例えば、試料位置変位△Z=−15μm、すなわち、基準位置から試料面が静電レンズ8に15μm近づいた場合、フォーカス電圧を0Vにすることにより、電子ビームを試料7にフォーカスできる。 FIG. 2 is an explanatory diagram (part 1) of the present invention. FIG. 2 shows an example of the relationship between the minute displacement of the sample surface height and the focus voltage of the electrostatic lens when the acceleration voltage U = 1.5 KV. The relationship between the two is almost linear. The solid line in FIG. 2 shows an example when the applied voltage of the electrode is positive at the center. That is, the focus voltage is set to +32 V at the sample height reference position ΔZ = 0. For example, when the sample position displacement ΔZ = −15 μm, that is, when the sample surface approaches the electrostatic lens 8 from the reference position by 15 μm, the electron beam can be focused on the sample 7 by setting the focus voltage to 0V.
また、△Z=+15μm、すなわち、基準位置から試料7の面が静電レンズ8から15μm遠ざかった場合、フォーカス電圧を+67Vにする。これにより、試料位置が、基準位置の前後に±15μm変位した場合、静電レンズの印加電圧を制御することにより、フォーカスを制御できる。対応すべき試料位置の変位範囲を、±15μmより大きくする場合には、静電レンズ印加電圧の制御範囲を適宜大きく設定することで可能である。 Further, when ΔZ = + 15 μm, that is, when the surface of the sample 7 is moved away from the electrostatic lens 8 by 15 μm from the reference position, the focus voltage is set to + 67V. Thereby, when the sample position is displaced ± 15 μm before and after the reference position, the focus can be controlled by controlling the applied voltage of the electrostatic lens. When the displacement range of the sample position to be dealt with is made larger than ± 15 μm, it is possible to set the control range of the electrostatic lens applied voltage appropriately to be large.
図3は、本発明の他の実施例構造図を示す。
図3に示すように、磁界型対物レンズ31は、コイル32とそれを軸対称に取り囲む磁気ヨークから構成されるものである。磁気ヨークの両端は、上極33と下極34からなる。コイル32に電流を流すと、上極33と下極34の間にレンズ磁界が生じ、光軸35における光軸方向の磁束密度分布(Bz)36が形成される。例えばフォトマスクよりなる試料37は、磁束密度分布の外に設置されている。さらに、、対物レンズ磁界内に、光軸35を軸として、3枚の電極からなる静電レンズ(静電アインツェルレンズ)38が組み込まれている。
FIG. 3 shows a structural diagram of another embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the magnetic field type objective lens 31 includes a coil 32 and a magnetic yoke that surrounds the coil 32 in an axially symmetrical manner. Both ends of the magnetic yoke are composed of an
光軸35の方向からの電子線ビームは、主に磁界レンズ31の作用により集束され、図示外の走査偏向器により、試料37面上を走査される。これにより発生した2次電子39は、2次電子検出器40(ここではシンチレーターと光電子増倍管)のシンチレーター面に印加された+10kV程度の高電圧により引き付けられ、検出される。 The electron beam from the direction of the optical axis 35 is focused mainly by the action of the magnetic lens 31, and is scanned on the surface of the sample 37 by a scanning deflector (not shown). The secondary electrons 39 generated thereby are attracted and detected by a high voltage of about +10 kV applied to the scintillator surface of the secondary electron detector 40 (here, the scintillator and the photomultiplier tube).
静電レンズ38には、例えば中央の電極に数10Vの負の電圧が印加され、両側の電極はアース電位に設定されている。試料からの2次電子は、ここでは、実施例1(図1)のように静電レンズ38を通過させる必要がないため、静電レンズ38には負電圧を印加することが可能であり、2次電子39は、この負電圧により追い返され、2次電子検出器40により効率良く検出される。図3の実施例において、静電レンズ38に正電圧を印加した場合には、一部あるいはほとんどの2次電子は、静電レンズより電子源側に設けられた2次電子検出器41(例えばMCP)により検出される。
In the
試料面の高さに微小変位がある場合、磁界型対物レンズ31の強度は一定とし、静電レンズ38の印加電圧を制御することにより、フォーカス制御することができる。図2の点線は、加速電圧U=1.5kVにて中央の電極の印加電圧が負の場合の、試料面の高さの微小変位と、静電レンズのフォーカス電圧との関係の例を示している。すなわち、試料37の高さ基準位置△Z=0において、フォーカス電圧を−30Vとする。例えば、試料位置変位△Z=−15μm、すなわち、基準位置から試料面が静電レンズ38に15μm近づいた場合、フォーカス電圧を−57Vにすることにより、電子ビームを試料37にフォーカスできる。
When there is a minute displacement in the height of the sample surface, the intensity of the magnetic field type objective lens 31 is constant, and the focus control can be performed by controlling the voltage applied to the
また、△Z=+15μm、すなわち、基準位置から試料面が静電レンズ38から15μm遠ざかった場合、フォーカス電圧を0Vにする。これらにより、試料位置が、基準位置の前後に±15μm変位した場合、静電レンズの印加電圧を制御することにより、フォーカスを制御できる。対応すべき試料位置の変位範囲を、±15μmより大きくする場合には、静電レンズ印加電圧の制御範囲を大きくすることで可能である。図3の実施例において、静電レンズの印加電圧を正にした場合の、試料面の高さの微小変位ΔZとフォーカス電圧Veとの関係は、図2の実線と同様である。
Further, when ΔZ = + 15 μm, that is, when the sample surface is 15 μm away from the
実施例1、2及び図2で説明したように、試料変位に対するフォーカス電圧強度|Ve|の傾きが、静電レンズ印加電圧の極性により、逆となる理由を以下説明する。 The reason why the inclination of the focus voltage intensity | Ve | with respect to the sample displacement is reversed depending on the polarity of the electrostatic lens applied voltage as described in Examples 1 and 2 and FIG. 2 will be described below.
(1)静電レンズの印加電圧が負の場合:実施例2(図3)の構造のもとで図2の点線で説明したように、静電レンズ電圧|Ve|を大きくすると、フォーカス位置は、静電レンズ38に近づく。この主な理由は、静電レンズ38の電極に負電位を印加すると、この付近で電子(荷電粒子)は減速され、相対的に磁場レンズの集束効果が大きくなり、現在の位置よりも、静電レンズ38に近い位置にフォーカス点が移動すると考えられる。この
状況を図4の(a)に示す。
(1) When the applied voltage of the electrostatic lens is negative: When the electrostatic lens voltage | Ve | is increased as described with the dotted line in FIG. 2 under the structure of the second embodiment (FIG. 3), the focus position Approaches the
図4の(a)は、静電レンズに負の電圧を印加した例を示す。ここで、図示の静電レンズ電圧|Ve|を増した時、すなわち静電レンズ強度を増した時、フォーカス位置が静電レンズ38に近づいているので直感的に分かり易い。
FIG. 4A shows an example in which a negative voltage is applied to the electrostatic lens. Here, when the electrostatic lens voltage | Ve | shown in the figure is increased, that is, when the electrostatic lens strength is increased, the focus position is close to the
(2)静電レンズの印加電圧が正の場合:上記(1)に対し、実施例1(図1)の構造のもとで図2の実線で説明したように、静電レンズ印加電圧|Ve|を大きくすると、フォーカス位置は静電レンズ8から遠ざかる。この状況を図4の(b)に示す。静電レンズ電圧Veを増した時、すなわち静電レンズ強度を増した時、フォーカス位置が静電レンズ8から遠ざかっているので直感的に分かりにくい。 (2) When the applied voltage of the electrostatic lens is positive: In contrast to the above (1), as described with the solid line in FIG. 2 under the structure of the first embodiment (FIG. 1), the electrostatic lens applied voltage | When Ve | is increased, the focus position moves away from the electrostatic lens 8. This situation is shown in FIG. When the electrostatic lens voltage Ve is increased, that is, when the strength of the electrostatic lens is increased, the focus position is far from the electrostatic lens 8, so that it is difficult to understand intuitively.
これらの状況をさらに詳細に説明する。
図5は、本発明の説明図(その3)を示す。図5は、実施例1(図1と図2の実線)において、ある試料位置Z0にフォーカスする静電レンズ強度Ve/Uと、磁界レンズ強度J/√U(AT/V1/2)の組合わせを示す。ここで、Veは静電レンズの印加電圧、Uは加速電圧、Jは磁界レンズの起磁力ATある。
These situations will be described in more detail.
FIG. 5 shows an explanatory diagram (part 3) of the present invention. FIG. 5 shows the electrostatic lens strength Ve / U focused on a certain sample position Z0 and the magnetic lens strength J / √U (AT / V 1/2 ) in Example 1 (solid line in FIGS. 1 and 2). Indicates a combination. Here, Ve is an applied voltage of the electrostatic lens, U is an acceleration voltage, and J is a magnetomotive force AT of the magnetic lens.
点Aにおいては、磁場レンズの強度は0で、負電圧を印加した静電レンズのみにより、Z0にフォーカスする。 At point A, the intensity of the magnetic lens is 0, and focusing on Z0 is performed only by the electrostatic lens to which a negative voltage is applied.
点Cでは、静電レンズの強度は0で、磁界レンズのみによりZ0にフォーカスする。
点Bにおいては、磁場レンズの強度は0で、正電圧に印加した静電レンズのみにより、Z0にフォーカスする。
At point C, the strength of the electrostatic lens is zero, and focusing on Z0 is performed only by the magnetic lens.
At point B, the intensity of the magnetic lens is 0, and focusing on Z0 is performed only by the electrostatic lens applied to the positive voltage.
点CからJ/√Uの極大値の点D付近までの範囲、すなわちJ/√Uの傾きが正の範囲においては、点Cにおける磁界レンズ強度を保ち、静電レンズに印加した正電位の値を増すと、静電レンズ付近で電子は加速され、相対的に磁場レンズの集束効果が小さくなり、この効果が、静電レンズとしての集束作用より大きいため、点Z0よりも、静電レンズ8から遠ざかる方向に、フォーカス点が移動すると解釈される。 In the range from the point C to the vicinity of the point D having the maximum value of J / √U, that is, in the range where the slope of J / √U is positive, the magnetic lens strength at the point C is maintained and the positive potential applied to the electrostatic lens is maintained. When the value is increased, the electrons are accelerated in the vicinity of the electrostatic lens, and the focusing effect of the magnetic field lens becomes relatively small. This effect is larger than the focusing action as the electrostatic lens, so that the electrostatic lens is more than the point Z0. It is interpreted that the focus point moves in a direction away from 8.
従って、図2の実線と図4の(b)で示したようなフォーカス特性となると考えられる。 Accordingly, it is considered that the focus characteristics as shown by the solid line in FIG. 2 and FIG. 4B are obtained.
図5において、フォーカス点の移動についてさらに詳述する。磁界レンズ強度J/√Uを点Cに保ち、Cの位置からDの位置まで、静電レンズ強度Ve/Uを増加させると、フォーカス点は、点Z0より、静電レンズ8から遠ざかる方向に移動する。磁界レンズ強度J/√Uを、点Dから点Eまでさらに増加させると、フォーカス点は、点Z0の方向に
戻り、点Eにて、フォーカス点はZ0となる。すなわち、静電レンズ8の強度がゼロであるフォーカス位置Z0(点C)と一致する、さらに、点EよりVe/Uを増加させると、Veの増加と共に、フォーカス点は、点Z0から静電レンズに近づく方向に移動する。点Eでは、静電レンズの強度Ve/Uを増した時に、フォーカス点が静電レンズに近づく方向に移動するので分かり易いが、図8において述べたように、フォーカス制御には、大きな静電レンズ印加電圧が必要となる。上述のように、静電レンズへの比較的小さな正の印加電圧でフォーカス制御するためには、Ve/Uの値は、点Cから点Dまでの範囲、すなわち、Ve/Uく0.4であることが必要である。
In FIG. 5, the movement of the focus point will be described in further detail. When the magnetic lens strength J / √U is kept at the point C and the electrostatic lens strength Ve / U is increased from the position C to the position D, the focus point moves away from the electrostatic lens 8 from the point Z0. Moving. When the magnetic lens strength J / √U is further increased from the point D to the point E, the focus point returns to the direction of the point Z0, and at the point E, the focus point becomes Z0. That is, when the intensity of the electrostatic lens 8 coincides with the focus position Z0 (point C) where the intensity is zero, and when Ve / U is increased from the point E, the focus point is increased from the point Z0 to electrostatic with the increase of Ve. Move toward the lens. At point E, when the strength Ve / U of the electrostatic lens is increased, the focus point moves in a direction approaching the electrostatic lens, so that it is easy to understand. However, as described in FIG. A lens applied voltage is required. As described above, in order to perform focus control with a relatively small positive applied voltage to the electrostatic lens, the value of Ve / U is in the range from point C to point D, that is, Ve / U is 0.4. It is necessary to be.
図6は、本発明の他の実施例構造図を示す。図6は、図1の静電アインツェルレンズの代わりに、2電極からなる静電イマージョンレンズを配置し、上電極108aはアース電位、下電極108bには正電圧が印加されている。実施例1と同様、下電極108bに正電圧を印加して、これを可変することにより、フォーカス制御可能である。フォーカス電圧依存性は、図2の実線と同様になる。実施例1と異なる点は、試料面が下電極108bによる電界内に設置されることであるが、フォーカス制御のための下電極108bに印加される電圧は、100V以下と比較的小さいので、2次電子も図1と同様に検出可能である。
FIG. 6 is a structural diagram of another embodiment of the present invention. In FIG. 6, instead of the electrostatic einzel lens shown in FIG. 1, an electrostatic immersion lens having two electrodes is arranged, and the
また、上電極108aに+1KV程度の一定の高電圧を印加して、分解能を向上させることも可能である。
Further, it is possible to improve the resolution by applying a constant high voltage of about +1 KV to the
本発明は、静電レンズを対物レンズの磁界内に配置して当該静電レンズの荷電粒子線ビームに対する加速あるいは減速の作用による当該対物レンズのレンズ作用を弱めあるいは強めさせると共に合わせて当該静電レンズによるレンズ作用も行わせ、静電レンズの可変電圧を極めて小さくして正確にフォーカス制御する荷電粒子線装置および荷電粒子線フォーカス制御方法に関するものである。 In the present invention, an electrostatic lens is arranged in the magnetic field of the objective lens to weaken or strengthen the lens action of the objective lens due to acceleration or deceleration of the electrostatic lens with respect to the charged particle beam. The present invention relates to a charged particle beam apparatus and a charged particle beam focus control method, in which a lens action is also performed, and a variable voltage of an electrostatic lens is extremely reduced to perform accurate focus control.
1、31:磁界型対物レンズ
2、32:コイル
3、33:上極
4、34:下極
5、35:光軸
6、36:磁束実度分布(BZ)
7、37:試料
8、38:静電レンズ
9、39:2次電子
10、40,41:2電子検出器
DESCRIPTION OF
7, 37: Sample 8, 38:
Claims (10)
磁界型対物レンズのレンズ磁界内に配置した静電レンズと、
前記静電レンズを構成する電極に電圧を印加し、前記磁界型対物レンズの磁界中を通過する荷電粒子線ビームを加速あるいは減速して当該磁界型レンズによる集束作用を弱めあるいは強めさせると共に、当該静電レンズで荷電粒子線ビームをフォーカスさせ、フォーカス制御するフォーカス制御手段と
を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。 In a charged particle beam apparatus that focuses a charged particle beam using a magnetic field type objective lens and irradiates the sample,
An electrostatic lens arranged in the lens magnetic field of the magnetic field type objective lens;
A voltage is applied to the electrodes constituting the electrostatic lens, and the charged particle beam beam passing through the magnetic field of the magnetic objective lens is accelerated or decelerated to weaken or strengthen the focusing action by the magnetic lens, and A charged particle beam apparatus comprising: a focus control unit that focuses and controls a charged particle beam with an electrostatic lens.
磁界型対物レンズのレンズ磁界内に静電レンズを設け、
前記静電レンズを構成する電極に電圧を印加し、前記磁界型対物レンズの磁界中を通過する荷電粒子線ビームを加速あるいは減速して当該磁界型レンズによるレンズ作用を弱めあるいは強めさせると共に、当該静電レンズで荷電粒子線ビームをフォーカスさせ、フォーカス制御する
ことを特徴とする荷電粒子線フォーカス制御方法。 In a charged particle beam focus control method in which a charged particle beam is focused using a magnetic field type objective lens and irradiated onto a sample,
An electrostatic lens is provided in the lens magnetic field of the magnetic field type objective lens,
A voltage is applied to the electrodes constituting the electrostatic lens, and the charged particle beam beam passing through the magnetic field of the magnetic field type objective lens is accelerated or decelerated to weaken or strengthen the lens action by the magnetic field type lens, and A charged particle beam focus control method comprising: focusing a charged particle beam with an electrostatic lens and performing focus control.
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