JP2007141797A - Electron microscope control device, electron microscope control method, control program, recording medium having control program recorded thereon, electron microscope system, and electron beam irradiation device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an electron microscope control device capable of controlling the intensity and/or acceleration voltage of an electron beam applied to a sample to a low value and enabling acquisition of an electron microscope image having a high S/N ratio. <P>SOLUTION: An electron beam irradiation matrix setting part 65 sets an electron beam irradiation matrix indicating a time series of a two-dimensional pattern of the electron beam to be emitted from a projector 8. The electron beam irradiation matrix is set to include a plurality of pixels to be irradiated with the electron beam among the pixels included in the two-dimensional pattern, and such that two-dimensional patterns whose number is equal to the number of the pixels included in the two-dimensional pattern are formed into time-series two-dimensional patterns independent from each other. A matrix computing part 66 calculates a vector indicating the electron microscope image of the sample by performing matrix computation based on the electron beam irradiation matrix and a vector representing time-series detection signals detected by the secondary electron detector. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、観察対象としての試料に対して電子線を照射し、試料から放出される2次電子を検出することによって試料の表面状態を観察する電子顕微鏡における電子顕微鏡制御装置、電子顕微鏡制御方法、制御プログラム、制御プログラムを記録した記録媒体、および電子顕微鏡システムに関するものである。   The present invention relates to an electron microscope control apparatus and an electron microscope control method in an electron microscope for observing the surface state of a sample by irradiating a sample as an observation target with an electron beam and detecting secondary electrons emitted from the sample. The present invention relates to a control program, a recording medium recording the control program, and an electron microscope system.

従来、観察対象としての試料に対して電子線を照射し、試料から放出される2次電子を検出することによって試料の表面状態を観察する電子顕微鏡が利用されている。この電子顕微鏡において、試料から放出される2次電子の検出感度により、試料への注入電荷量が決定される。つまり、2次電子の検出感度の向上が、電子線照射によって構造・物性変化しやすい試料での電子顕微鏡観察を可能にする。   2. Description of the Related Art Conventionally, an electron microscope that observes the surface state of a sample by irradiating a sample as an observation target with an electron beam and detecting secondary electrons emitted from the sample has been used. In this electron microscope, the amount of charge injected into the sample is determined by the detection sensitivity of the secondary electrons emitted from the sample. That is, the improvement in detection sensitivity of secondary electrons enables observation of an electron microscope with a sample whose structure and physical properties are easily changed by electron beam irradiation.

一方、2次元電子ビームアレイを用いた試料の表面観察は、半導体リソグラフィー技術においてレジスト表面で2次元電子ビームアレイを集束させることと等価である。ここで、レジストから放出される2次電子を検出し、この検出信号を用いて、2次元電子ビームアレイをレジスト表面でフォーカスさせる制御が行われる。つまり、2次元電子線照射における2次電子の検出感度向上という課題は、半導体リソグラフィー技術においても共通する課題である。
半導体素子の性能は、図16に示すように、半導体リソグラフィー技術による微細加工の精度(つまり、最小加工寸法の低減化)に委ねられているといっても過言ではない。これまでの可視光帯域の光(電磁波)を利用したリソグラフィー技術による微細加工は、その光の波長に依存して解像度が決まる。このため、微細加工のより微細化を進めるためには、図17に示すように、可視光領域からEUV(Extreme UltraViolet rays、極紫外線)やX線などの、より短波長帯域の光を利用する必要があった。
On the other hand, the surface observation of the sample using the two-dimensional electron beam array is equivalent to focusing the two-dimensional electron beam array on the resist surface in the semiconductor lithography technique. Here, secondary electrons emitted from the resist are detected, and control is performed to focus the two-dimensional electron beam array on the resist surface using this detection signal. That is, the problem of improving the detection sensitivity of secondary electrons in two-dimensional electron beam irradiation is a common problem in the semiconductor lithography technology.
As shown in FIG. 16, it is no exaggeration to say that the performance of the semiconductor element is left to the precision of microfabrication by the semiconductor lithography technique (that is, the reduction of the minimum processing dimension). Until now, the resolution of fine processing by lithography using light (electromagnetic waves) in the visible light band is determined depending on the wavelength of the light. For this reason, in order to further miniaturize the fine processing, as shown in FIG. 17, light in a shorter wavelength band such as EUV (Extreme UltraViolet rays) or X-rays from the visible light region is used. There was a need.

しかし、それらの短波長帯域の光は、その光の発生装置の実現や光ビームの縮小などに用いる光学系の実現が容易ではないことから、発生や制御が比較的容易である電子ビーム(電子線)を半導体リソグラフィー技術による微細加工に用いることが考えられた。   However, it is not easy to realize such an optical system used for the generation of the light generation device or the reduction of the light beam, so that the light in the short wavelength band is relatively easy to generate and control. It was considered to use the (line) for fine processing by semiconductor lithography technology.

しかしながら、電子ビームを用いた既存の半導体製造(リソグラフィー)装置は、一本の電子ビームにて、半導体素子の回路パターンを直接描画するので、高集積度の半導体素子における回路パターンの全てを描画するのに多大な露光時間(数時間から数十時間)を要することが問題であった。つまり、光の波長に依存した微細加工限界を打ち破る電子ビーム露光方式は、”一筆書き”の一次元的な露光方式であるが故に直接ウェハー全体を露光するには多大な露光時間を要し、実用的でないという問題を生じている。   However, since an existing semiconductor manufacturing (lithography) apparatus using an electron beam directly draws a circuit pattern of a semiconductor element with a single electron beam, all of the circuit patterns in a highly integrated semiconductor element are drawn. However, it takes a lot of exposure time (several hours to several tens of hours). In other words, the electron beam exposure method that breaks down the fine processing limit depending on the wavelength of light is a one-dimensional exposure method of "one-stroke writing", so it takes a lot of exposure time to directly expose the entire wafer, The problem is that it is not practical.

近年、電子ビームを用いた露光方法において、露光時間を短縮化するために、上記パターン一括描画する2次元電子ビーム一括露光方法が開発されている。そのような2次元電子ビーム一括露光方式としては、SCALPEL 方式(AT&T)や、PRIVAIL 方式(IBM)が提案されている。   In recent years, in an exposure method using an electron beam, in order to shorten the exposure time, a two-dimensional electron beam batch exposure method for drawing the above-mentioned pattern batch has been developed. As such a two-dimensional electron beam batch exposure method, a SCALPEL method (AT & T) and a PRIVAIL method (IBM) have been proposed.

SCALPEL 方式では、図18(a)に示すように、メンブレン32aの表面上にパターン化された散乱部32bを備えるレチクル32に対し、電子ビーム31を照射し、出射電子ビームを電子レンズ33およびバックフォーカルプレーンフィルタ34を有する光学系により電子レジスタを塗布した金属薄膜35に照射・露光して上記パターンの回路を形成する方式である。SCALPEL 方式については、特許文献1にも記載されている。   In the SCALPEL system, as shown in FIG. 18 (a), the electron beam 31 is irradiated onto the reticle 32 having the scattering portion 32b patterned on the surface of the membrane 32a, and the emitted electron beam is applied to the electron lens 33 and the back surface. In this system, a circuit having the above pattern is formed by irradiating and exposing a metal thin film 35 coated with an electronic register by an optical system having a focal plane filter 34. The SCALPEL method is also described in Patent Document 1.

PRIVAIL 方式においては、図19(a)および図19(b)に示すように、前記パターンに応じた空孔44aを形成したSi基板44をレチクルとして用い、上記Si基板44に電子ビーム41を照射し、空孔44aを通過した電子ビーム41を、光学系を用いて、電子線レジストが塗布された金属薄膜を備えたウェハー47上にそれぞれ照射・露光する方式である。上記光学系としては、電子レンズ42、電子ビーム軸偏向用ヨーク43aを備えたイルミネーションレンズ43、コリメーションレンズ45、およびコントラストアパーチャ46を備えたプロジェクションレンズ46が挙げられる。ただし、PRIVAIL 方式は、図19(c)に示すような、中空の部分を備えたSi基板44を作製できないという不都合を有している。PRIVAIL 方式については、特許文献2にも記載されている。   In the PRIVAIL method, as shown in FIGS. 19 (a) and 19 (b), an Si substrate 44 having holes 44a corresponding to the pattern is used as a reticle, and the electron beam 41 is irradiated onto the Si substrate 44. In this method, the electron beam 41 having passed through the holes 44a is irradiated and exposed on a wafer 47 provided with a metal thin film coated with an electron beam resist, using an optical system. Examples of the optical system include an electron lens 42, an illumination lens 43 including an electron beam axis deflection yoke 43a, a collimation lens 45, and a projection lens 46 including a contrast aperture 46. However, the PRIVAIL method has a disadvantage that the Si substrate 44 having a hollow portion as shown in FIG. The PRIVAIL method is also described in Patent Document 2.

しかしながら、前記のSCALPEL 方式は、図18(b)に示すように、電子ビーム31がメンブレン32aを通過する必要があるため、その部分で著しく解像度が低下してしまうという課題を生じている。   However, the SCALPEL method has a problem that the resolution is remarkably lowered at that portion because the electron beam 31 needs to pass through the membrane 32a as shown in FIG.

また、前記のPRIVAIL 方式は、複雑なパターン、例えば図19(c)に示すような中空を備えたパターンを形成するときには、上記パターンを分割した各小パターンを上記ウェハー47上にそれぞれ照射するため、上記各小パターンの相互間での位置あわせが必要となり、この位置あわせの精度が原因でSCALPEL 方式と同様に解像度が著しく低下する(解像度としては100nmが限界)という課題を生じている。   The PRIVAIL method irradiates the wafer 47 with each small pattern obtained by dividing the pattern when forming a complicated pattern, for example, a pattern having a hollow as shown in FIG. However, it is necessary to align the small patterns with each other, and due to the accuracy of the alignment, there is a problem that the resolution is remarkably lowered (the resolution is limited to 100 nm) as in the SCALPEL system.

また、上記両方式においては、レチクルの製作や真空室内への上記レチクルの設置など面倒な操作が必要であるという課題も生じている。このように各方式にでは、上述した根本的な課題がある。
米国特許第5,260,151号(公開日:1993年11月9日) 米国特許第5,466,904号(公開日:1995年11月14日)
Moreover, in both of the above systems, there is a problem that troublesome operations such as manufacturing of the reticle and installation of the reticle in a vacuum chamber are necessary. As described above, each system has the fundamental problem described above.
US Pat. No. 5,260,151 (Publication date: November 9, 1993) U.S. Pat. No. 5,466,904 (publication date: November 14, 1995)

2次元配列された電子線照射源を利用して電子顕微鏡を実現することを考えた場合、最初に想定される方法は、電子線照射源の各ピクセル毎に順に試料に電子線を照射し、1つの2次電子検出器を用いて放出される2次電子を検出して2次元画像化する方法である。   When considering an electron microscope using a two-dimensionally arranged electron beam irradiation source, the method initially assumed is to irradiate the sample with an electron beam in order for each pixel of the electron beam irradiation source, In this method, secondary electrons emitted by using one secondary electron detector are detected to form a two-dimensional image.

この方法において、例えば、有機・バイオ系試料のナノ構造観察など、電子線照射によって被写体が構造・物性変化を伴いやすく、照射時間、加速電圧共に低く設定する必要がある場合、高速で電子顕微鏡画像を取得する必要がある。このように、照射時間を短く設定しなければならない場合には、試料から放出される2次電子量が検出機器ノイズを下回るほど少なくなることが考えられ、2次電子の高い検出感度が必須となる。つまり、2次電子の検出感度が低い場合には、試料の表面観察が不可能になる。そのため、試料への全注入電荷量が可能な限り低い状態でも、顕微鏡観察が可能な程度の高い2次電子検出感度が必要とされている。   In this method, for example, observation of nanostructures of organic and bio-based samples, when the subject is likely to be accompanied by changes in structure and physical properties by electron beam irradiation, and it is necessary to set both irradiation time and acceleration voltage low, electron microscope images at high speed Need to get. Thus, when the irradiation time has to be set short, it is considered that the amount of secondary electrons emitted from the sample decreases as it falls below the detection device noise, and high detection sensitivity of secondary electrons is essential. Become. That is, when the detection sensitivity of secondary electrons is low, it is impossible to observe the surface of the sample. Therefore, there is a need for high secondary electron detection sensitivity that allows microscopic observation even when the total amount of charges injected into the sample is as low as possible.

一方、2次元電子線照射源を用いた電子線リソグラフィーでは、2次元電子ビームアレイをレジスト表面で集束させる必要がある。ここで、前記したように、2次元電子ビームアレイをレジスト表面でフォーカスさせるためには、レジストから放出される2次電子を検出する必要がある。すなわち、照射源を用いて試料の顕微観察を行うことと等価となる。その露光における解像度を向上させるためには、加速電圧を高く設定し、電子波を短波長に保ちつつ、ビーム間および試料内部に注入された電荷間の静電的相互作用力による解像度の低下を防ぐために、試料へのトータルの注入電荷量を低く設定することが必須である。そのため、必然的に、リソグラフィーにおいても上記の2次元配列された電子線照射源を用いた電子顕微鏡における2次電子検出感度の向上が必要になる。   On the other hand, in electron beam lithography using a two-dimensional electron beam irradiation source, it is necessary to focus the two-dimensional electron beam array on the resist surface. Here, as described above, in order to focus the two-dimensional electron beam array on the resist surface, it is necessary to detect secondary electrons emitted from the resist. That is, it is equivalent to performing microscopic observation of a sample using an irradiation source. In order to improve the resolution of the exposure, the acceleration voltage is set high, the electron wave is kept at a short wavelength, and the resolution is lowered by the electrostatic interaction force between the beams and the charges injected into the sample. In order to prevent this, it is essential to set the total injected charge amount to the sample low. Therefore, it is inevitably necessary to improve the secondary electron detection sensitivity in the electron microscope using the above-described two-dimensionally arranged electron beam irradiation source also in lithography.

本発明の目的は、試料への全注入電荷量が低く設定され、放出された全2次電子量が十分少ない状態でも高いS/Nを有する電子顕微鏡画像を得ることを可能とする電子顕微鏡制御装置、電子顕微鏡制御方法、制御プログラム、制御プログラムを記録した記録媒体、および電子顕微鏡システムを提供することにある。   An object of the present invention is to control an electron microscope that makes it possible to obtain an electron microscope image having a high S / N even when the total amount of injected electrons into the sample is set low and the amount of all emitted secondary electrons is sufficiently small. An object is to provide an apparatus, an electron microscope control method, a control program, a recording medium recording the control program, and an electron microscope system.

本発明に係る電子顕微鏡制御装置は、上記の課題を解決するために、電子ビームによる2次元パターンを観察対象としての試料に照射する電子ビーム照射部と、電子ビームの照射によって試料から放出される2次電子を検出する2次電子検出器とを備えた電子線照射装置によって試料の電子顕微鏡画像を生成する電子顕微鏡制御装置であって、上記電子ビーム照射部から出射すべき電子ビームの2次元パターンを時系列で設定するパターン設定手段と、上記パターン設定手段によって設定された時系列の2次元パターンと、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号とに基づいて、試料の電子顕微鏡画像を生成する画像生成手段とを備え、上記パターン設定手段が、2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを含むように、時系列の2次元パターンのそれぞれを設定し、観察領域に含まれる全てのピクセル数と等しい数の2次元パターンを、互いに独立した2次元パターンとなるように時系列で設定する構成である。   In order to solve the above problems, an electron microscope control apparatus according to the present invention emits an electron beam irradiation unit that irradiates a sample to be observed with a two-dimensional pattern by an electron beam, and is emitted from the sample by irradiation with the electron beam An electron microscope control apparatus for generating an electron microscope image of a sample by an electron beam irradiation apparatus including a secondary electron detector for detecting secondary electrons, the two-dimensional electron beam to be emitted from the electron beam irradiation unit Based on a pattern setting means for setting a pattern in time series, a time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting means, and a time-series detection signal detected by the secondary electron detector, An image generation means for generating an electron microscope image, and the pattern setting means emits an electron beam among pixels included in the two-dimensional pattern. Each time-series two-dimensional pattern is set so as to include pixels that are to be included, and the same number of two-dimensional patterns as the number of all pixels included in the observation area are time-series so as to become independent two-dimensional patterns. This is the configuration set in

また、本発明に係る電子顕微鏡制御方法は、電子ビームによる2次元パターンを観察対象としての試料に照射する電子ビーム照射部と、電子ビームの照射によって試料から放出される2次電子を検出する2次電子検出器とを備えた電子線照射装置によって試料の電子顕微鏡画像を生成する電子顕微鏡制御方法であって、上記電子ビーム照射部から出射すべき電子ビームの2次元パターンを時系列で設定するパターン設定ステップと、上記パターン設定ステップによって設定された時系列の2次元パターンと、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号とに基づいて、試料の電子顕微鏡画像を生成する画像生成ステップとを有し、上記パターン設定ステップが、2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを含むように、時系列の2次元パターンのそれぞれを設定するとともに、観察領域に含まれる全てのピクセル数と等しい数の2次元パターンを、互いに独立した2次元パターンとなるように時系列で設定する方法である。   In addition, an electron microscope control method according to the present invention detects an electron beam irradiation unit that irradiates a sample to be observed with a two-dimensional pattern by an electron beam, and detects secondary electrons emitted from the sample by the electron beam irradiation. An electron microscope control method for generating an electron microscope image of a sample by an electron beam irradiation apparatus including a secondary electron detector, wherein a two-dimensional pattern of an electron beam to be emitted from the electron beam irradiation unit is set in time series An image for generating an electron microscope image of a sample based on a pattern setting step, a time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting step, and a time-series detection signal detected by the secondary electron detector And the pattern setting step is irradiated with an electron beam among the pixels included in the two-dimensional pattern. Each time-series two-dimensional pattern is set so as to include pixels, and a number of two-dimensional patterns equal to the number of all pixels included in the observation region are set in time series so as to become independent two-dimensional patterns. It is a method of setting.

上記の構成または方法では、まず試料に対して電子ビームが2次元パターンとして時系列で照射されるようになっている。   In the above configuration or method, first, an electron beam is irradiated in time series as a two-dimensional pattern to a sample.

ここで、前記したように、2次元配列された電子線照射源を利用して電子顕微鏡を実現することを考えた場合、電子線照射源の各ピクセル毎に順に試料に電子線を照射する方法が考えられる。しかしながら、この方法の場合、1回の電子ビーム照射で1つのピクセルに対応する電子ビームのみが照射されることになり、2次電子量が少ない場合、S/Nを高めるためには、電子ビームの電流密度を高くする必要があり、前記したような問題が生じることになる。   Here, as described above, when an electron microscope is realized using an electron beam irradiation source arranged two-dimensionally, a method of irradiating a sample with an electron beam in order for each pixel of the electron beam irradiation source Can be considered. However, in this method, only one electron beam corresponding to one pixel is irradiated by one electron beam irradiation. When the amount of secondary electrons is small, in order to increase the S / N, the electron beam It is necessary to increase the current density, and the above-described problems occur.

これに対して、上記の構成または方法によれば、電子ビーム照射部は、試料に対して2次元パターンとしての電子ビームを照射するようになっている。よって、1回の電子ビーム照射において、複数のピクセルに電子ビームを照射することが可能となる。したがって、1つのピクセルに対応する電子ビームの強度は比較的低くても、試料全体に対する電荷注入量を確保することができるので、時系列で複数回同一ピクセルに電子線が照射されるため、等価的に、2次電子検出器による検出信号のS/Nを十分に確保することが可能となる。   On the other hand, according to the above configuration or method, the electron beam irradiation unit irradiates the sample with an electron beam as a two-dimensional pattern. Therefore, it is possible to irradiate a plurality of pixels with an electron beam in one electron beam irradiation. Therefore, even if the intensity of the electron beam corresponding to one pixel is relatively low, the charge injection amount for the entire sample can be ensured, so that the same pixel is irradiated with the electron beam multiple times in time series. Therefore, it is possible to sufficiently ensure the S / N of the detection signal by the secondary electron detector.

また、観察領域に含まれる全てのピクセル数と等しい数の2次元パターンが、互いに独立した2次元パターンとなるように時系列で設定されるようになっている。よって、試料の電子顕微鏡画像におけるピクセルの数を未知数とすると、この未知数と同じ数の互いに独立した2次元パターンによる検出結果を得ることができるので、全ての未知数を算出することが可能となる。   In addition, the same number of two-dimensional patterns as the number of all pixels included in the observation region are set in time series so that they become independent two-dimensional patterns. Therefore, if the number of pixels in the electron microscopic image of the sample is an unknown number, detection results based on the same number of independent two-dimensional patterns as the unknown number can be obtained, so that all unknown numbers can be calculated.

すなわち、上記の構成または方法によれば、試料に対して照射する電子ビームの強度や加速電圧を低く抑え、かつ高いS/Nの電子顕微鏡画像を得ることが可能となる。よって、例えば近年需要が高まっている、電子線のエネルギーで構造・物性変化を起こしやすい有機・バイオ系試料のナノ構造観察にも好適に使用することが可能な電子顕微鏡制御装置を提供することができる。   That is, according to the above-described configuration or method, it is possible to reduce the intensity and acceleration voltage of the electron beam applied to the sample and to obtain an electron microscope image with a high S / N. Therefore, for example, it is possible to provide an electron microscope control apparatus that can be suitably used for nano-structure observation of organic / bio-based samples that are easily demanded in recent years and are likely to undergo structural / physical property changes due to energy of electron beams. it can.

また、本発明に係る電子顕微鏡制御装置は、上記の構成において、上記パターン設定手段が、時系列で設定された2次元パターンのうち、少なくとも1つの2次元パターンにおいて、該2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを複数含むように設定する構成としてもよい。   In the electron microscope control apparatus according to the present invention, in the above configuration, the pattern setting means includes at least one two-dimensional pattern among the two-dimensional patterns set in time series. The pixel may be configured to include a plurality of pixels irradiated with the electron beam.

上記の構成では、時系列で設定された2次元パターンのうち、少なくとも1つの2次元パターンにおいて、該2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを複数含むように設定される。よって、1つのピクセルに対応する電子ビームの強度は比較的低くても、試料全体に対する電荷注入量を確保することができるので、2次電子検出器による検出信号のS/Nを確保することが可能となる。   In the above configuration, among the two-dimensional patterns set in time series, at least one two-dimensional pattern is set to include a plurality of pixels irradiated with the electron beam among the pixels included in the two-dimensional pattern. The Therefore, even if the intensity of the electron beam corresponding to one pixel is relatively low, the charge injection amount for the entire sample can be ensured, so that the S / N of the detection signal by the secondary electron detector can be ensured. It becomes possible.

また、本発明に係る電子顕微鏡制御装置は、上記の構成において、上記パターン設定手段が、各2次元パターンを表したベクトルを行とし、これを時系列に沿って列方向にならべた行列であって、正則行列である行列を電子線照射行列として設定し、上記画像生成手段が、上記電子線照射行列と、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号を表したベクトルとに基づいて行列演算を行うことによって、試料の電子顕微鏡画像を示すベクトルを算出する行列演算部を備えている構成としてもよい。   In the electron microscope control apparatus according to the present invention, in the configuration described above, the pattern setting unit is a matrix in which vectors representing each two-dimensional pattern are arranged in rows and arranged in the column direction along a time series. Then, a matrix that is a regular matrix is set as an electron beam irradiation matrix, and the image generating means converts the electron beam irradiation matrix and a vector representing a time-series detection signal detected by the secondary electron detector. It is good also as a structure provided with the matrix calculating part which calculates the vector which shows the electron microscope image of a sample by performing matrix calculation based on it.

上記の構成によれば、パターン設定手段によって設定される時系列の2次元パターンが電子線照射行列として表され、画像生成手段が備える行列演算部によって行列演算が行われることによって試料の電子顕微鏡画像を示すベクトルが算出されるようになっている。すなわち、行列演算という公知の演算手法を用いることによって、容易に電子顕微鏡画像を生成することができる。   According to the above configuration, the time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting unit is represented as an electron beam irradiation matrix, and the matrix calculation is performed by the matrix calculation unit provided in the image generation unit, thereby performing an electron microscope image of the sample. Is calculated. That is, an electron microscope image can be easily generated by using a known calculation method called matrix calculation.

また、本発明に係る電子顕微鏡制御装置は、上記の構成において、上記パターン設定手段が、各2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを全ピクセル数の半数よりも多くなるように設定する構成としてもよい。   In the electron microscope control apparatus according to the present invention, in the configuration described above, the pattern setting unit includes more pixels than the half of the total number of pixels among the pixels included in each two-dimensional pattern. It is good also as a structure set to become.

上記の構成によれば、各2次元パターンは、電子ビームが照射されるピクセルを全ピクセル数の半数よりも多くなるように設定されるので、より高いS/Nでの観察を実現することができる。   According to the above configuration, each two-dimensional pattern is set so that the number of pixels irradiated with the electron beam is larger than half of the total number of pixels, so that observation with a higher S / N can be realized. it can.

また、本発明に係る電子顕微鏡制御装置は、上記の構成において、上記パターン設定手段が、各2次元パターンを表したベクトルを行とし、これを時系列に沿って列方向にならべた行列であって、正則行列である行列を電子線照射行列として設定し、上記画像生成手段が、上記電子線照射行列と、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号を表したベクトルとに基づいて行列演算を行うことによって、試料の電子顕微鏡画像を示すベクトルを算出する行列演算部を備えており、上記電子線照射行列が、アダマール行列、または、M系列およびM系列のシフトを行ベクトルとする直交行列である構成としてもよい。   In the electron microscope control apparatus according to the present invention, in the configuration described above, the pattern setting unit is a matrix in which vectors representing each two-dimensional pattern are arranged in rows and arranged in the column direction along a time series. Then, a matrix that is a regular matrix is set as an electron beam irradiation matrix, and the image generating means converts the electron beam irradiation matrix and a vector representing a time-series detection signal detected by the secondary electron detector. A matrix calculation unit that calculates a vector indicating an electron microscope image of the sample by performing matrix calculation based on the matrix calculation, and the electron beam irradiation matrix is a Hadamard matrix or a M-series and M-sequence shift row vector The configuration may be an orthogonal matrix.

上記の構成のように、電子線照射行列を、アダマール行列、または、M系列およびM系列のシフトを行ベクトルとする正則行列としているので、各2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを全ピクセル数の半数よりも多くなり、かつ、直交行列である電子線照射行列を設定することができる。   As in the above configuration, the electron beam irradiation matrix is a Hadamard matrix or a regular matrix having M-sequence and M-sequence shifts as row vectors. Therefore, among the pixels included in each two-dimensional pattern, the electron beam is It is possible to set an electron beam irradiation matrix that is more than half of the total number of pixels and is an orthogonal matrix.

また、本発明に係る電子顕微鏡制御装置は、上記の構成において、上記画像生成手段が、各2次元パターンに基づく電子線照射が行われた際に、2次電子検出器から出力される検出信号に重畳される時系列のノイズ信号をも考慮して、試料の電子顕微鏡画像を生成する構成としてもよい。   Further, the electron microscope control apparatus according to the present invention is the detection signal output from the secondary electron detector when the image generating means performs electron beam irradiation based on each two-dimensional pattern in the above configuration. In consideration of the time-series noise signal superimposed on the sample, an electron microscope image of the sample may be generated.

上記の構成によれば、パターン設定手段によって設定された時系列の2次元パターン、および、2次電子検出器において検出された時系列の検出信号に加えて、2次電子検出器から出力される検出信号に重畳される時系列のノイズ信号をも考慮して試料の電子顕微鏡画像が生成される。よって、より高いS/Nの電子顕微鏡画像を提供することが可能となる。   According to the above configuration, in addition to the time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting means and the time-series detection signal detected by the secondary electron detector, it is output from the secondary electron detector. An electron microscope image of the sample is generated in consideration of a time-series noise signal superimposed on the detection signal. Therefore, it is possible to provide a higher S / N electron microscope image.

また、本発明に係る電子顕微鏡制御装置は、上記の構成において、上記電子線照射装置が、上記電子ビーム照射部として、2次元の光パターンを発生するための光パターン発生部と、入射された前記光パターンに基づく電子ビームアレイを生成し、前記電子ビームアレイを増幅して出射するための電子増幅部と、前記電子ビームアレイを、加速・集束するための電子ビームレンズ部とを有しており、上記パターン設定手段によって設定された時系列の2次元パターンに基づいて、上記光パターン発生部による光パターンの出射を制御する光パターン発生制御手段をさらに備えている構成としてもよい。   In the electron microscope control apparatus according to the present invention, in the above configuration, the electron beam irradiation apparatus is incident as a light pattern generation unit for generating a two-dimensional light pattern as the electron beam irradiation unit. An electron amplifying unit for generating an electron beam array based on the light pattern, amplifying and emitting the electron beam array, and an electron beam lens unit for accelerating and focusing the electron beam array The light pattern generation control unit may further include a light pattern generation control unit that controls emission of the light pattern by the light pattern generation unit based on the time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting unit.

上記の構成において用いられる電子線照射装置は、2次元の光パターンに基づく電子ビームアレイを、試料上に照射・露光することにより、2次元の露光パターンを一括して描画でき、露光時間を短縮化できるものである。また、光パターンに基づいて増幅された電子ビームアレイを用いているので、試料に照射される電子ビーム強度を大きくでき、上記露光時間をさらに短縮化できて、描画速度を向上できる。   The electron beam irradiation apparatus used in the above configuration can draw a two-dimensional exposure pattern in a lump by irradiating and exposing an electron beam array based on a two-dimensional light pattern onto a sample, thereby shortening the exposure time. It can be made. Further, since the electron beam array amplified based on the light pattern is used, the intensity of the electron beam applied to the sample can be increased, the exposure time can be further shortened, and the drawing speed can be improved.

その上、上記構成は、マイクロ電子ビームの集合体である電子ビームアレイを用いることによって生じる、マイクロ電子ビーム間での相互作用や、電子線レジスト内部での散乱電子間の静電相互作用力を軽減することができて、上記描画パターンの精度を向上できる。   In addition, the above configuration can reduce the interaction between micro electron beams and the electrostatic interaction force between scattered electrons inside the electron beam resist caused by using an electron beam array that is an aggregate of micro electron beams. The accuracy of the drawing pattern can be improved.

この結果、上記構成は、上記描画パターンの精度および描画速度を向上できるから、例えば分解能が5nm以下といった、より高い分解能の電子線照射を迅速に行うことが可能な電子線照射装置となる。   As a result, since the above-described configuration can improve the accuracy and drawing speed of the drawing pattern, it becomes an electron beam irradiation apparatus capable of rapidly performing electron beam irradiation with higher resolution such as a resolution of 5 nm or less.

このような電子線照射装置に対して、光パターン発生制御手段によって光パターンの出射が制御されるので、分解能の高い電子顕微鏡画像を高速に提供することが可能となる。   With respect to such an electron beam irradiation apparatus, since the emission of the light pattern is controlled by the light pattern generation control means, it is possible to provide an electron microscope image with high resolution at high speed.

なお、上記電子顕微鏡制御装置は、コンピュータによって実現してもよく、この場合には、コンピュータを上記各手段として動作させることにより上記電子顕微鏡制御装置をコンピュータにて実現させる電子顕微鏡制御装置の制御プログラム、およびそれを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体も、本発明の範疇に入る。   The electron microscope control device may be realized by a computer. In this case, the control program for the electron microscope control device that realizes the electron microscope control device by the computer by causing the computer to operate as the respective means. And a computer-readable recording medium on which it is recorded also fall within the scope of the present invention.

また、本発明に係る電子線照射装置は、電子ビームによる2次元パターンを観察対象としての試料に照射する電子ビーム照射部と、電子ビームの照射によって試料から放出される2次電子を検出する2次電子検出器とを備える構成である。   In addition, an electron beam irradiation apparatus according to the present invention detects an electron beam irradiation unit that irradiates a sample to be observed with a two-dimensional pattern by an electron beam, and detects secondary electrons emitted from the sample by the electron beam irradiation. And a secondary electron detector.

従来、電子顕微鏡においては、1次元の電子ビームを走査することによって試料の観察を行っていた。この場合、1回の電子ビーム照射で1つのピクセルに対応する電子ビームのみが照射されることになり、2次電子量が少ない場合、S/Nを高めるためには、電子ビームの電流密度を高くする必要があり、前記したような問題が生じることになる。   Conventionally, in an electron microscope, a sample is observed by scanning a one-dimensional electron beam. In this case, only one electron beam corresponding to one pixel is irradiated by one electron beam irradiation. When the amount of secondary electrons is small, the current density of the electron beam is set to increase the S / N. It is necessary to make it high, and the above-described problems occur.

これに対して、上記の構成によれば、電子ビーム照射部は、試料に対して2次元パターンとしての電子ビームを照射するようになっている。よって、1回の電子ビーム照射において、複数のピクセルに電子ビームを照射することが可能となる。したがって、1つのピクセルに対応する電子ビームの強度は比較的低くても、時系列で複数回同一ピクセルに電子線が照射されるため、等価的に、2次電子検出器による検出信号のS/Nを十分に確保することが可能となる。   On the other hand, according to the above configuration, the electron beam irradiation unit irradiates the sample with an electron beam as a two-dimensional pattern. Therefore, it is possible to irradiate a plurality of pixels with an electron beam in one electron beam irradiation. Therefore, even if the intensity of the electron beam corresponding to one pixel is relatively low, the same pixel is irradiated with the electron beam a plurality of times in time series. N can be secured sufficiently.

なお、上記電子線照射装置において、前記電子ビームレンズ部が、さらに、前記電子ビームアレイを加速できるようになっていると、電子線を短波長化できるので、描画パターンを、より微細化できて、上記描画パターンの精度および描画速度を向上できる。また、前記電子ビームレンズ部が、さらに、前記電子ビームアレイをアライメントできるようになっていると、上記描画パターンの精度をより向上できる。   In the electron beam irradiation apparatus, if the electron beam lens unit can further accelerate the electron beam array, the electron beam can be shortened, so that the drawing pattern can be made finer. The accuracy and the drawing speed of the drawing pattern can be improved. Further, if the electron beam lens unit can further align the electron beam array, the accuracy of the drawing pattern can be further improved.

上記電子線照射装置では、前記電子増幅部は、電子を増幅する、筒状のマイクロチャネルが、前記マイクロチャネルの軸方向を前記光パターンの光軸方向に対し沿うように、複数、それぞれ、前記光軸方向に対し直交する方向に互いに隣り合って形成されていることが好ましい。   In the electron beam irradiation apparatus, the electron amplifying unit amplifies electrons. A plurality of cylindrical microchannels are arranged so that an axial direction of the microchannel is along an optical axis direction of the optical pattern. It is preferable that they are formed adjacent to each other in a direction orthogonal to the optical axis direction.

上記構成によれば、筒状のマイクロチャネルを、マイクロチャネルの軸方向を前記光パターンの光軸方向に対し沿うように、複数、それぞれ、前記光軸方向に対し直交する方向に互いに隣り合って形成している。このことから、光パターンに対応した電子ビームアレイを、上記各マイクロチャネルにより分割して得られた各マイクロ電子ビーム間の相互作用を抑制しながら得ることができる。この結果、上記電子ビームアレイを、より確実に得ることができる。   According to the above configuration, a plurality of cylindrical microchannels are adjacent to each other in a direction perpendicular to the optical axis direction, so that the axial direction of the microchannel is along the optical axis direction of the optical pattern. Forming. From this, an electron beam array corresponding to the light pattern can be obtained while suppressing the interaction between the micro electron beams obtained by dividing each micro channel. As a result, the electron beam array can be obtained more reliably.

上記電子線照射装置においては、前記電子増幅部は、前記光パターンの入射側に、入射してくる光子を電子に変換して出射する光電膜を備えていてもよい。   In the electron beam irradiation apparatus, the electron amplification unit may include a photoelectric film that converts incident photons into electrons and emits them on the incident side of the optical pattern.

上記構成によれば、光パターン発生部からの光パターンの光強度が小さくとも、光電部を、電子増幅部における、光パターンの入射側に設けたことで、上記光パターンに応じた電子パターンを電子増幅部に入射し増幅して、電子ビームアレイを、より確実に得ることが可能となる。   According to the above configuration, even if the light intensity of the light pattern from the light pattern generation unit is small, the photoelectric pattern is provided on the incident side of the light pattern in the electronic amplification unit, so that the electronic pattern corresponding to the light pattern is provided. It becomes possible to obtain an electron beam array more reliably by entering and amplifying the electron amplifier.

上記電子線照射装置では、さらに、前記電子増幅部は、アバランシュ型フォトコンダクタ膜であってもよい。   In the electron beam irradiation apparatus, the electron amplification unit may be an avalanche type photoconductor film.

また、前記光パターン発生部は、前記光パターンを生成する液晶プロジェクタであってもよいし、前記光パターンを生成するエレクトロルミネッセンス発光部であってもよい。   Further, the light pattern generation unit may be a liquid crystal projector that generates the light pattern, or an electroluminescence light emitting unit that generates the light pattern.

上記構成によれば、液晶プロジェクタまたはエレクトロルミネッセンス発光部といった2次元の画像である光パターンを容易に変更できる光パターン発生部を用いて、上記光パターン発生部からの光パターンを電子増幅部に出射できるので、補正部での光パターンの補正を、より簡便化できて、上記補正による描画パターンの精度の改善を安定化することが可能となる。   According to the above configuration, the light pattern from the light pattern generation unit is emitted to the electronic amplification unit using the light pattern generation unit that can easily change the light pattern that is a two-dimensional image, such as a liquid crystal projector or an electroluminescence light emission unit. Therefore, the correction of the light pattern in the correction unit can be simplified, and the improvement of the accuracy of the drawing pattern by the correction can be stabilized.

上記電子線照射装置においては、前記光パターン発生部は、光源と、前記光源からの光により前記光パターンを生成するためのマスクパターンとを備えていてもよい。上記構成によれば、マスクパターンを用いることで、光パターン発生部を簡素化できて、全体でのコストダウンが可能となる。また、上記構成は、描画パターンに生じる歪が、ある程度まで予測できる場合、その予測に応じて補正されたマスクパターンを用いることで、上記歪を抑制できて、描画パターンの精度の向上を図ることが可能となる。   In the said electron beam irradiation apparatus, the said light pattern generation | occurrence | production part may be provided with the light source and the mask pattern for producing | generating the said light pattern with the light from the said light source. According to the above configuration, by using the mask pattern, the light pattern generation unit can be simplified, and the overall cost can be reduced. In addition, when the distortion generated in the drawing pattern can be predicted to some extent, the above configuration can suppress the distortion and improve the accuracy of the drawing pattern by using a mask pattern corrected according to the prediction. Is possible.

上記電子線照射装置では、さらに、前記電子ビームアレイによって描画されたパターンに生じる歪を低減するように前記光パターンを補正するための補正部を備えていることが望ましい。   The electron beam irradiation apparatus preferably further includes a correction unit for correcting the light pattern so as to reduce distortion generated in the pattern drawn by the electron beam array.

上記構成によれば、電子ビームアレイによって描画されたパターンに生じる歪を低減するように光パターンを補正するための補正部を設けたので、電子ビームアレイにより描画されるパターンを、光パターン側から補正することで、所望する描画パターンに近づけることが確実化および迅速化できる。   According to the above configuration, since the correction unit for correcting the light pattern is provided so as to reduce the distortion generated in the pattern drawn by the electron beam array, the pattern drawn by the electron beam array can be changed from the light pattern side. By correcting, it can be ensured and speeded up to a desired drawing pattern.

上記電子線照射装置においては、前記補正部は、前記光パターン発生部を制御して、前記電子ビームアレイに生じる歪を相殺するように逆歪光パターンを生成するための逆歪光パターン生成部を備えていてもよい。   In the electron beam irradiation apparatus, the correction unit controls the light pattern generation unit to generate a reverse distortion light pattern generation unit so as to cancel a distortion generated in the electron beam array. May be provided.

上記構成によれば、電子ビームアレイに生じる歪を相殺するように逆歪光パターンを生成するための逆歪光パターン生成部を設けたことで、上記相殺によって描画パターンの精度を改善できる。   According to the above configuration, by providing the reverse distortion light pattern generation unit for generating the reverse distortion light pattern so as to cancel the distortion generated in the electron beam array, the accuracy of the drawing pattern can be improved by the cancellation.

上記電子線照射装置では、前記補正部は、前記光パターン発生部を制御して、前記光パターンを、互いに補間し合う複数の分割光パターンをそれぞれ生成するための分割光パターン生成部を備えていてもよい。   In the electron beam irradiation apparatus, the correction unit includes a split light pattern generation unit that controls the light pattern generation unit to generate a plurality of split light patterns that interpolate each other with the light pattern. May be.

上記構成によれば、互いに補間し合う複数の分割光パターンをそれぞれ生成するための分割光パターン生成部を備えたことにより、複数の各分割光パターンから、互いに補間し合う、複数の各分割パターン電子ビームアレイを得ることができる。それらの各分割パターン電子ビームアレイを時間軸に沿って互いに異なる時間に電子線レジストの同一エリアに照射することで、前記光パターンに対応した描画パターンを電子線レジスト上に形成できる。   According to the above configuration, each of the plurality of divided patterns that interpolate from each of the plurality of divided light patterns by including the divided light pattern generation unit for generating a plurality of divided light patterns that interpolate each other. An electron beam array can be obtained. By irradiating the same area of the electron beam resist with the respective divided pattern electron beam arrays along the time axis at different times, a drawing pattern corresponding to the optical pattern can be formed on the electron beam resist.

このとき、時分割にて用いられる、各分割パターン電子ビームアレイにおける、互いに隣り合うマイクロ電子ビームの間隔を大きくできる。これにより、各分割パターン電子ビームアレイにおける、互いに近接したマイクロ電子ビーム間および電子線レジスト内部での散乱電子間の静電相互作用力を軽減することができる。   At this time, the interval between adjacent micro electron beams in each divided pattern electron beam array used in time division can be increased. Thereby, the electrostatic interaction force between the micro electron beams adjacent to each other and the scattered electrons inside the electron beam resist in each divided pattern electron beam array can be reduced.

その結果、上記構成は、歪の少ない所望の描画パターンが電子線レジスト上に得られるので、分割パターン電子ビームアレイによる描画パターンの高精度化が可能となる。   As a result, in the above configuration, since a desired drawing pattern with less distortion can be obtained on the electron beam resist, it is possible to increase the accuracy of the drawing pattern by the divided pattern electron beam array.

上記電子線照射装置においては、さらに、前記電子増幅部からの電子ビームアレイの出射角度のバラツキを抑制するため、電子増幅部の出射側にグリッド状静電レンズ部を有していてもよい。   The electron beam irradiation device may further include a grid-like electrostatic lens unit on the emission side of the electron amplification unit in order to suppress variations in the emission angle of the electron beam array from the electron amplification unit.

上記構成によれば、電子ビームアレイをグリッド状静電レンズ部におけるグリッド状部を通過させることで、互いに平行化できて前記出射角度のバラツキを抑制して、上記バラツキに起因する解像度の低下を軽減できる。その上、前記出射角度のバラツキを抑制できるから、前述の光パターンとの相似性を向上できて、描画パターンの高精度化が可能となる。   According to the above configuration, by passing the electron beam array through the grid portion in the grid-like electrostatic lens portion, the electron beam array can be made parallel to each other and the variation in the emission angle is suppressed, so that the resolution is reduced due to the variation. Can be reduced. In addition, since the variation in the emission angle can be suppressed, the similarity with the above-described optical pattern can be improved, and the accuracy of the drawing pattern can be improved.

本発明の電子ビームの照射装置は、以上のように、上記電子ビーム照射部から出射すべき電子ビームの2次元パターンを時系列で設定するパターン設定手段と、上記パターン設定手段によって設定された時系列の2次元パターンと、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号とに基づいて、試料の電子顕微鏡画像を生成する画像生成手段とを備え、上記パターン設定手段が、2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを複数含むように、時系列の2次元パターンのそれぞれを設定し、観察領域に含まれる全てのピクセル数と等しい数の2次元パターンを、互いに独立した2次元パターンとなるように時系列で設定する構成である。これにより、試料に対して照射する電子ビームの強度や加速電圧を低く抑え、かつ高いS/Nの電子顕微鏡画像を得ることが可能となるという効果を奏する。   As described above, the electron beam irradiation apparatus according to the present invention sets the two-dimensional pattern of the electron beam to be emitted from the electron beam irradiation unit in time series, and the time set by the pattern setting unit. An image generating means for generating an electron microscope image of the sample based on a series of two-dimensional patterns and a time-series detection signal detected by the secondary electron detector; Of the pixels included in the pattern, each of the time-series two-dimensional patterns is set so as to include a plurality of pixels irradiated with the electron beam, and the number of two-dimensional patterns equal to the total number of pixels included in the observation region is set. In this configuration, the two-dimensional patterns that are independent from each other are set in time series. As a result, it is possible to reduce the intensity and acceleration voltage of the electron beam applied to the sample and to obtain an electron microscope image with a high S / N.

本発明の一実施形態について図面に基づいて説明すると以下の通りである。   An embodiment of the present invention is described below with reference to the drawings.

(電子顕微鏡システムの構成)
図2は、本実施形態に係る電子顕微鏡システムの構成を示している。同図に示すように、電子顕微鏡システムは、電子線照射ユニット51およびコンピュータシステム52を備えた構成となっている。
(Configuration of electron microscope system)
FIG. 2 shows a configuration of the electron microscope system according to the present embodiment. As shown in the figure, the electron microscope system includes an electron beam irradiation unit 51 and a computer system 52.

電子線照射ユニット51は、真空チャンバー1、ステージ2、メカニカルドライブ3、ステージ位置モニタ4、プロジェクタ(光パターン発生部)8、光学レンズ9、光電膜10、MCP(Micro Channel Plate)(電子増幅部)11、電子ビームレンズ部12を備えた構成となっている。   The electron beam irradiation unit 51 includes a vacuum chamber 1, a stage 2, a mechanical drive 3, a stage position monitor 4, a projector (light pattern generation unit) 8, an optical lens 9, a photoelectric film 10, and an MCP (Micro Channel Plate) (electronic amplification unit). ) 11, the electron beam lens unit 12 is provided.

上記電子線照射ユニット51では、内部での真空状態を維持できる箱状の真空チャンバー1が、その真空度を10−6Torr以下となるように設けられている。本実施の形態では、上記真空度を10−8Torrに設定した。 In the electron beam irradiation unit 51, the box-shaped vacuum chamber 1 capable of maintaining a vacuum state therein is provided so that the degree of vacuum is 10 −6 Torr or less. In this embodiment, the degree of vacuum is set to 10 −8 Torr.

真空チャンバー1内の底部には、露光される試料5を載置するためのステージ(載置台)2が、2次元の水平方向に移動可能に取り付けられている。真空チャンバー1の内部または外部には、ステージ2を移動駆動するためのメカニカルドライブ3が、後述するコントローラ17により制御可能に設けられている。また、上記ステージ2の位置(つまり移動位置)をモニタするためのステージ位置モニタ4が、そのモニタ位置を後述するコントローラ17に通知するように取り付けられている。   A stage (mounting table) 2 for mounting the sample 5 to be exposed is attached to the bottom of the vacuum chamber 1 so as to be movable in a two-dimensional horizontal direction. A mechanical drive 3 for moving and driving the stage 2 is provided inside or outside the vacuum chamber 1 so as to be controlled by a controller 17 described later. A stage position monitor 4 for monitoring the position of the stage 2 (that is, the movement position) is attached so as to notify the controller 17 described later of the monitor position.

真空チャンバー1内の頂部近傍には、半導体素子の回路パターンに応じた2次元の光パターン13を生成するためのプロジェクタ8が、プロジェクタ8の発光表面から上記光パターン13を外部に対して出射するように設けられている。   In the vicinity of the top of the vacuum chamber 1, a projector 8 for generating a two-dimensional light pattern 13 corresponding to the circuit pattern of the semiconductor element emits the light pattern 13 from the light emitting surface of the projector 8 to the outside. It is provided as follows.

上記プロジェクタ8としては、透過型液晶方式と単板式DLP(Digital Light Processing)方式とが挙げられる。光パターン13のダーク部分に存在する微量の光子は、MCP11により1000倍以上に増倍され(詳細は後述する)、最終的に試料5に照射されるため、コントラスト比が一般に高いとされる単板式DLP方式がより望ましい。この単板式DLP方式に対応するプロジェクタとしては、DMD(Digital Micromirror Device)などが挙げられる。   Examples of the projector 8 include a transmissive liquid crystal system and a single plate DLP (Digital Light Processing) system. A trace amount of photons present in the dark portion of the light pattern 13 is multiplied by 1000 times or more by the MCP 11 (details will be described later), and finally irradiated to the sample 5, so that the contrast ratio is generally high. The plate type DLP method is more desirable. Examples of projectors that support this single-plate DLP method include DMD (Digital Micromirror Device).

上記プロジェクタ8とMCP11との間の光路中には、必要に応じて、光パターン13をMCP11の入射側に効率よく入射するための凸または凹の光学レンズ9が設けられていてもよい。また、MCP11の入射側に、入射した光を電子に変換して出射する光電膜10が設けられていることが望ましい。   In the optical path between the projector 8 and the MCP 11, a convex or concave optical lens 9 for efficiently entering the light pattern 13 on the incident side of the MCP 11 may be provided as necessary. In addition, it is desirable that a photoelectric film 10 that converts incident light into electrons and emits it is provided on the incident side of the MCP 11.

なお、上記の例では、プロジェクタ8から2次元の光パターン13が出射され、MCP11に照射されるようになっているが、液晶シャッター等によって構成されるフォトマスクをMCP11の光入射側面に設置し、該フォトマスクに対して均一な全面光を照射する光源を設ける構成としてもよい。この構成の場合、光源から出射した光は、フォトマスクによって2次元の光パターン13に変換され、この光パターン13がMCP11に照射されることになる。ここで、最終的には、後述する電子ビームレンズ部12で、パターン化された電子ビームアレイ14が集束されるので、フォトマスクの解像度は、比較的低いものであってもよいことになる。すなわち、解像度の高い高価なフォトマスクを設ける必要はない。   In the above example, the two-dimensional light pattern 13 is emitted from the projector 8 and applied to the MCP 11. However, a photomask constituted by a liquid crystal shutter or the like is installed on the light incident side of the MCP 11. A light source that irradiates the entire surface of the photomask with uniform light may be provided. In the case of this configuration, the light emitted from the light source is converted into a two-dimensional light pattern 13 by a photomask, and this light pattern 13 is irradiated onto the MCP 11. Here, finally, since the patterned electron beam array 14 is focused by the electron beam lens unit 12 to be described later, the resolution of the photomask may be relatively low. That is, it is not necessary to provide an expensive photomask with high resolution.

また、有機エレクトロルミネッセンス(以下、ELと略記する)発光素子をマトリクス上に配置したEL発光部を、プロジェクタ8と後述の光学レンズ9の代わりに利用できる。この場合、EL発光部を光電膜10に接するように配置し、EL発光部から出射される光パターン13が、直接、光電膜10に等倍投射される。いずれにせよ、光パターン13を光電膜10に照射する段階(言い換えると、後述するMCP11への入射位置)では、上記光パターン13は、μmレベルの精度があれば充分である。   Further, an EL light emitting unit in which organic electroluminescence (hereinafter abbreviated as EL) light emitting elements are arranged on a matrix can be used in place of the projector 8 and the optical lens 9 described later. In this case, the EL light emitting unit is disposed so as to be in contact with the photoelectric film 10, and the light pattern 13 emitted from the EL light emitting unit is directly projected onto the photoelectric film 10 at the same magnification. In any case, at the stage of irradiating the photoelectric film 10 with the light pattern 13 (in other words, the incident position on the MCP 11 described later), it is sufficient that the light pattern 13 has an accuracy of μm level.

プロジェクタ8から出射され、光学レンズ9によって集光された光パターン13は、光電膜10を介してMCP11に照射される。MCP11は、入射された光パターン13に基づく、パターン化された電子ビームアレイ14を生成する。この電子ビームアレイ14は、MCP11によって、光電膜10において出射された電子ビームを数千倍から数千万倍までに増幅する。なお、MCP11の構成の詳細については後述する。   The light pattern 13 emitted from the projector 8 and collected by the optical lens 9 is applied to the MCP 11 through the photoelectric film 10. The MCP 11 generates a patterned electron beam array 14 based on the incident light pattern 13. The electron beam array 14 amplifies the electron beam emitted from the photoelectric film 10 from several thousand times to several tens of million times by the MCP 11. Details of the configuration of the MCP 11 will be described later.

上記光電膜10の素材としては、マルチアルカリ(Na−K−Sb−Cs)、バイアルカリ(Sb−Rb−Ce、Sb−K−Cs)、Ce−Te、Ag−O−Cs、GaAs、GaAsP等が代表的なものとして挙げられる。可視領域では、CdSが広く用いられ、感度を増すために一般に(Cu、Ag、Sb等)が添加される。本実施形態では、CdSを用いている。   Examples of the material of the photoelectric film 10 include multi-alkali (Na—K—Sb—Cs), bialkali (Sb—Rb—Ce, Sb—K—Cs), Ce—Te, Ag—O—Cs, GaAs, and GaAsP. Etc. are typical examples. In the visible region, CdS is widely used, and (Cu, Ag, Sb, etc.) is generally added to increase sensitivity. In this embodiment, CdS is used.

なお、上記光パターン13の光子がMCP11のマイクロチャネルにおける内面の半導体部の仕事関数を上回るエネルギーを持つ場合、光電膜10を省くことができる。また、200nm以下の短波長のUVによる光パターン13をMCP11の内側に照射した場合も、上記内面の半導体部から二次電子(secondary electron)が発生し、上記光パターン13に応じた電子ビームアレイ14を得ることができるので、光電膜10は不必要となる。上記UVによる光パターン13の作製には、UVフォトマスクをMCP11の光の入射側面に設置すればよい。   When the photons of the light pattern 13 have energy higher than the work function of the semiconductor portion on the inner surface of the microchannel of the MCP 11, the photoelectric film 10 can be omitted. Further, even when the light pattern 13 by UV having a short wavelength of 200 nm or less is irradiated on the inside of the MCP 11, secondary electrons are generated from the semiconductor portion on the inner surface, and the electron beam array corresponding to the light pattern 13 14 can be obtained, and thus the photoelectric film 10 is unnecessary. For the production of the light pattern 13 by UV, a UV photomask may be placed on the light incident side of the MCP 11.

また、MCP11から出射される、パターン化された電子ビームアレイ14の光路に沿って、上記電子ビームアレイ14を加速、集束、アライメント、および投影するための電子ビームレンズ部12が設けられている。なお、電子ビームレンズ部12の構成の詳細については後述する。   An electron beam lens unit 12 for accelerating, focusing, aligning, and projecting the electron beam array 14 is provided along the optical path of the patterned electron beam array 14 emitted from the MCP 11. Details of the configuration of the electron beam lens unit 12 will be described later.

MCP11から出射され、電子ビームアレイ14によって加速・集束された電子ビームは、試料5表面に到達し、これにより、試料5の表面状態に応じた2次電子が放出される。2次電子検出器15は、試料5から放出された2次電子を検出する。   The electron beam emitted from the MCP 11 and accelerated and focused by the electron beam array 14 reaches the surface of the sample 5, whereby secondary electrons corresponding to the surface state of the sample 5 are emitted. The secondary electron detector 15 detects secondary electrons emitted from the sample 5.

また、コンピュータシステム52は、コンピュータ本体としてのコントローラ17、表示出力部としてのディスプレイ18、および、キーボードやマウス等の入力部19を備えている。コントローラ17は、プロジェクタ8、電子ビームレンズ部12、およびメカニカルドライブ3の動作制御を行うとともに、2次電子検出器15における検出結果信号に基づいて電子顕微鏡画像を生成する処理を行う。なお、コントローラ17の構成の詳細については後述する。   The computer system 52 includes a controller 17 as a computer main body, a display 18 as a display output unit, and an input unit 19 such as a keyboard and a mouse. The controller 17 controls the operations of the projector 8, the electron beam lens unit 12, and the mechanical drive 3, and performs a process of generating an electron microscope image based on the detection result signal in the secondary electron detector 15. Details of the configuration of the controller 17 will be described later.

(MCPの構成)
次に、前記MCP11の構成について説明する。MCP11は、図3および図4に示すように、電子を増幅する筒状のマイクロチャネル11aが複数設けられた構成となっている。各マイクロチャネル11aは、それぞれの軸方向が互いに平行となり、かつ、軸方向に垂直な2次元方向に並んで配置される。各マイクロチャネル11aの軸方向が、MCP11に対して入射する前記光パターン13の光軸方向に平行となるように、MCP11が設けられる。
(Configuration of MCP)
Next, the configuration of the MCP 11 will be described. As shown in FIGS. 3 and 4, the MCP 11 has a configuration in which a plurality of cylindrical microchannels 11 a that amplify electrons are provided. The microchannels 11a are arranged side by side in a two-dimensional direction in which the respective axial directions are parallel to each other and perpendicular to the axial direction. The MCP 11 is provided so that the axial direction of each microchannel 11 a is parallel to the optical axis direction of the light pattern 13 incident on the MCP 11.

上記筒状としては、円筒状や、四角筒状、六角筒状が挙げられるが、製作の容易さから、本実施形態では、円筒状が用いられている。   Examples of the cylindrical shape include a cylindrical shape, a square cylindrical shape, and a hexagonal cylindrical shape, but a cylindrical shape is used in the present embodiment for ease of manufacture.

MCP11の作製については、MCP11の1つのマイクロチャネル11aを取り上げて以下に説明する。まず、例えば鉛ガラス板の本体11bに、その厚さ方向に複数の筒状部を互いに平行に形成する。上記筒状部の直径は、1μm〜100μmに、その直径に対する筒状部の長さの比(L/d)は、20〜200、より好ましくは40〜100に設定されている。本実施形態では、直径を2μ〜10μm、比(L/d)を40〜80に設定している。また、筒状部の軸方向は、鉛ガラス板の表面の法線方向に沿った平行としてもよいし、8°程度まで傾斜していてもよいが、本実施形態では平行としている。   The production of the MCP 11 will be described below by taking up one microchannel 11a of the MCP 11. First, for example, a plurality of cylindrical portions are formed in parallel to each other in the thickness direction of the main body 11b of the lead glass plate. The diameter of the cylindrical part is set to 1 μm to 100 μm, and the ratio of the length of the cylindrical part to the diameter (L / d) is set to 20 to 200, more preferably 40 to 100. In this embodiment, the diameter is set to 2 μm to 10 μm, and the ratio (L / d) is set to 40 to 80. Moreover, although the axial direction of a cylindrical part may be parallel along the normal line direction of the surface of a lead glass plate, and may incline to about 8 degrees, it is parallel in this embodiment.

次に、各筒状部の内面に、一個の電子が衝突すると、上記衝突方向に沿った方向に複数の二次電子を放出するダイノード(dynode)構造を備えた半導体部11cを形成する。上記半導体部11cは、本体11bを水素雰囲気下、250℃〜450℃の高温での還元により本体11bの表面状に抵抗性の半導体部として形成される。上記半導体部11cの本体11bの厚さ方向での抵抗値は、10Ω〜1010Ωに設定されている。 Next, when one electron collides with the inner surface of each cylindrical portion, a semiconductor portion 11c having a dynode structure that emits a plurality of secondary electrons in a direction along the collision direction is formed. The semiconductor part 11c is formed as a resistive semiconductor part on the surface of the main body 11b by reducing the main body 11b at a high temperature of 250 ° C. to 450 ° C. in a hydrogen atmosphere. The resistance value in the thickness direction of the main body 11b of the semiconductor portion 11c is set to 10 8 Ω to 10 10 Ω.

続いて、筒状の各半導体部11cが厚さ方向に形成された鉛ガラス板の本体11bの両表面に、ニクロムまたはインコネルの蒸着により各電極11d、11eをそれぞれ形成して、マイクロチャネル11aが作製される。   Subsequently, the electrodes 11d and 11e are respectively formed by vapor deposition of nichrome or inconel on both surfaces of the main body 11b of the lead glass plate in which the cylindrical semiconductor portions 11c are formed in the thickness direction. Produced.

このようなマイクロチャネル11aでは、各電極11d、11e間に、電子の入射側をマイナス、電子の出射側をプラスとして、図5に示すように、600V〜1100Vの直流電圧を印加しておくと、電子の入射側の電極11d側から、マイクロチャネル11a内の半導体部11cに一個の電子25が衝突すると、上記衝突方向に沿った方向に複数の二次電子27を放出し、その放出された各電子27が半導体部11cにそれぞれ衝突して、さらに多くの電子を放出することを繰り返すことにより、1個の電子25が5×10個〜3×10個の電子ビーム29となって出射することになる。図5に示すCHEVRONとは、MCP11を二段に形成したものである。 In such a microchannel 11a, a DC voltage of 600V to 1100V is applied between the electrodes 11d and 11e, with the electron incident side being negative and the electron emission side being positive, as shown in FIG. When one electron 25 collides with the semiconductor portion 11c in the microchannel 11a from the electrode 11d side on the electron incident side, a plurality of secondary electrons 27 are emitted in the direction along the collision direction, and the electrons are emitted. Each electron 27 collides with the semiconductor portion 11c and repeatedly emits more electrons, whereby one electron 25 becomes 5 × 10 2 to 3 × 10 5 electron beams 29. It will be emitted. The CHEVRON shown in FIG. 5 is one in which the MCP 11 is formed in two stages.

よって、前述の電子ビームアレイ14は、上記の各マイクロチャネル11aにそれぞれ対応した複数の各マイクロ電子ビームが集合したものである。複数の各マイクロ電子ビームは、互いに離間しており、かつ、前記光パターン13の光路方向、および上記の各マイクロチャネル11aの長手方向に沿ったものである。ただし、複数の各マイクロ電子ビームは、上記光路方向や長手方向に対して、必ずしも平行となっていなくともよく、集束時にように傾斜していてもよい。   Therefore, the above-described electron beam array 14 is a collection of a plurality of micro electron beams respectively corresponding to the respective micro channels 11a. The plurality of micro electron beams are separated from each other, and are along the optical path direction of the light pattern 13 and the longitudinal direction of each of the micro channels 11a. However, the plurality of micro electron beams do not necessarily have to be parallel to the optical path direction and the longitudinal direction, and may be inclined as in the case of focusing.

なお、上述した光電膜10+MCP11の代用品としてHARP(High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor)膜をアバランシュ型フォトコンダクタ膜として利用することができる。HARP膜とは、高圧を印加したアモルファスセレンの膜を意味する。HARP膜の表面に光が入射すると、HARP膜にて光電変換が起こり、さらに膜中で電荷がなだれ増幅し、電子を出射する。したがって、光パターン13をHARP膜の一方の表面に入射することで、パターン化された電子ビームアレイ14がHARP膜の他方の表面から出射して得られる。   A HARP (High-gain Avalanche Rushing amorphous Photoconductor) film can be used as an avalanche type photoconductor film as a substitute for the above-described photoelectric film 10 + MCP11. The HARP film means an amorphous selenium film to which a high pressure is applied. When light is incident on the surface of the HARP film, photoelectric conversion occurs in the HARP film, and a charge is avalanche amplified in the film to emit electrons. Therefore, by making the light pattern 13 incident on one surface of the HARP film, a patterned electron beam array 14 is emitted from the other surface of the HARP film.

また、プロジェクタ8+光電膜10+MCP11に代えて、電圧制御によりパターン化された電子ビームアレイ14を生成し、レジストを感光させるためのデバイスとして、表面伝導型電子放出素子(SED: Surface-conduction Electron-emitter)、シリコンやモリブデンから成る先端を尖らせたマイクロディップアレイ、カーボンナノチューブアレイ、およびダイヤモンド薄膜等の電界放出ディスプレイ(FED, Field Emission Display)用電子放出源からなるデバイス群から選択された少なくとも一つを利用することが可能である。   In addition, instead of the projector 8 + photoelectric film 10 + MCP11, a surface-conduction electron emitter (SED) is used as a device for generating a patterned electron beam array 14 by voltage control and exposing a resist. ), At least one selected from a device group consisting of a field emission display (FED) field emitter display (FED, Field Emission Display) such as a silicon dip or molybdenum tip dip, carbon nanotube array, and diamond thin film Can be used.

(電子ビームレンズ部の構成)
次に、電子ビームレンズ部12の構成について説明する。電子ビームレンズ部12は、図6に示すように、加速管部12a、集束レンズ部12b、アライメント用の多重極偏向電極部12c、および投影レンズ部12dを、それぞれ、上記電子ビームアレイ14の進行方向に沿って配置した構成となっている。電子ビームレンズ部12では、少なくとも集束レンズ部12bが設けられていればよいが、必要に応じて、加速管部12a、アライメント用の多重極偏向電極部12c、および投影レンズ部12dの少なくとも何れかが設けられていてもよい。
(Configuration of electron beam lens)
Next, the configuration of the electron beam lens unit 12 will be described. As shown in FIG. 6, the electron beam lens unit 12 includes an accelerating tube unit 12a, a focusing lens unit 12b, an alignment multipole deflecting electrode unit 12c, and a projection lens unit 12d. It is the structure arranged along the direction. In the electron beam lens unit 12, it is sufficient that at least the focusing lens unit 12b is provided. If necessary, at least one of the acceleration tube unit 12a, the alignment multipolar deflection electrode unit 12c, and the projection lens unit 12d is used. May be provided.

加速管部12aは、電子ビームアレイ14を加速させ、その電子線の波長を短波長化させ、最終的に、電子線レジスト7での描画解像度を向上させるためのものである。集束レンズ部12bは、パターン化された電子ビームアレイ14の光路方向に直交する面内方向において、パターンを集束させるためのものである。多重極偏向電極部12cは、集束レンズ部12bを通過後の電子ビームアレイ14の歪みを補正するためのものである。投影レンズ部12dは、多重極偏向電極部12cの通過後の電子ビームアレイ14を所望のサイズの2次元電子ビームパターン14aとして試料5に照射するためのものである。   The acceleration tube portion 12a is for accelerating the electron beam array 14, shortening the wavelength of the electron beam, and finally improving the drawing resolution on the electron beam resist 7. The focusing lens portion 12b is for focusing the pattern in the in-plane direction orthogonal to the optical path direction of the patterned electron beam array 14. The multipole deflecting electrode portion 12c is for correcting distortion of the electron beam array 14 after passing through the focusing lens portion 12b. The projection lens unit 12d is for irradiating the sample 5 with the electron beam array 14 having passed through the multipole deflecting electrode unit 12c as a two-dimensional electron beam pattern 14a having a desired size.

加速レンズまたは加速電極といった加速管部12aによって、電子ビームアレイ14の電子線は100keVにおいて約波長0.01nm程度まで短波長化される。この短波長化された上記電子ビームアレイ14により、より微細な、5nmスケール以下の2次元電子ビームパターン14aを試料5上に照射することが可能となる。   The electron beam of the electron beam array 14 is shortened to a wavelength of about 0.01 nm at 100 keV by the acceleration tube portion 12a such as an acceleration lens or an acceleration electrode. The electron beam array 14 having a reduced wavelength makes it possible to irradiate the sample 5 with a finer two-dimensional electron beam pattern 14a having a scale of 5 nm or less.

(コントローラの構成)
次に、コントローラ17の構成について図1を参照しながら説明する。同図に示すように、コントローラ17は、プロジェクタ制御部(光パターン発生制御手段)61、電子レンズ制御部62、検出信号受信部63、メカニカルドライブ制御部64、電子線照射行列設定部(パターン設定手段)65、行列演算部(画像生成手段)66、画像処理部(画像生成手段)67、表示制御部68、および入力制御部69を備えた構成となっている。
(Configuration of controller)
Next, the configuration of the controller 17 will be described with reference to FIG. As shown in the figure, the controller 17 includes a projector control unit (light pattern generation control means) 61, an electronic lens control unit 62, a detection signal receiving unit 63, a mechanical drive control unit 64, an electron beam irradiation matrix setting unit (pattern setting). Means) 65, a matrix operation unit (image generation unit) 66, an image processing unit (image generation unit) 67, a display control unit 68, and an input control unit 69.

プロジェクタ制御部61は、プロジェクタ8の動作を制御する。具体的には、プロジェクタ制御部61は、プロジェクタ8から出射すべき光パターン13を出射するように制御するとともに、光パターン13の出射タイミングも制御する。   The projector control unit 61 controls the operation of the projector 8. Specifically, the projector control unit 61 controls to emit the light pattern 13 to be emitted from the projector 8 and also controls the emission timing of the light pattern 13.

電子レンズ制御部62は、電子ビームレンズ部12の動作を制御する。検出信号受信部63は、2次電子検出器15から出力された検出信号を受信し、A/D(Analog / Digital)変換処理を行う。メカニカルドライブ制御部64は、ステージ位置モニタ4によるステージ2の位置検出結果に基づいてメカニカルドライブ3を駆動し、ステージ位置の調整を行う。   The electron lens control unit 62 controls the operation of the electron beam lens unit 12. The detection signal receiving unit 63 receives the detection signal output from the secondary electron detector 15 and performs A / D (Analog / Digital) conversion processing. The mechanical drive control unit 64 drives the mechanical drive 3 based on the position detection result of the stage 2 by the stage position monitor 4 and adjusts the stage position.

電子線照射行列設定部65は、後述する電子線照射行列を設定する処理を行う。電子線照射行列設定部65によって設定された電子線照射行列はプロジェクタ制御部61に伝送され、プロジェクタ制御部61は、この電子線照射行列に示されている2次元パターンのシーケンスに従って光パターン13の出力制御を行う。   The electron beam irradiation matrix setting unit 65 performs processing for setting an electron beam irradiation matrix to be described later. The electron beam irradiation matrix set by the electron beam irradiation matrix setting unit 65 is transmitted to the projector control unit 61, and the projector control unit 61 transmits the light pattern 13 according to the sequence of the two-dimensional pattern indicated in the electron beam irradiation matrix. Perform output control.

行列演算部66は、上記電子線照射行列、および、検出信号受信部63によって受信された検出信号に基づいて行列演算を行い、電子顕微鏡画像データを生成する処理を行う。この行列演算の詳細については後述する。   The matrix calculation unit 66 performs a matrix calculation based on the electron beam irradiation matrix and the detection signal received by the detection signal reception unit 63, and performs processing for generating electron microscope image data. Details of this matrix operation will be described later.

画像処理部67は、行列演算部66によって生成された電子顕微鏡画像データに対して画像処理を施すことにより、ディスプレイ18に表示可能な画像データを生成する処理を行う。   The image processing unit 67 performs processing for generating image data that can be displayed on the display 18 by performing image processing on the electron microscope image data generated by the matrix calculation unit 66.

表示制御部68は、コントローラ17における動作状態を示す情報、および、画像処理部67によって生成された画像データなどをディスプレイ18に表示させる制御を行う。入力制御部69は、入力部19によって受け付けられたユーザからの指示入力を受け付ける処理を行う。   The display control unit 68 performs control to display information indicating an operation state in the controller 17 and image data generated by the image processing unit 67 on the display 18. The input control unit 69 performs processing for receiving an instruction input from the user received by the input unit 19.

(2次元電子ビームパターンの補正処理)
プロジェクタ制御部61は、加速、集束、アライメント、および投影された電子ビームアレイ14によって描画される2次元電子ビームパターン14aに生じる歪を低減するように前記光パターン13を補正するための補正部としても機能するように設定されている。
(Two-dimensional electron beam pattern correction processing)
The projector control unit 61 serves as a correction unit for correcting the light pattern 13 so as to reduce the distortion generated in the two-dimensional electron beam pattern 14 a drawn by the electron beam array 14 that is accelerated, focused, aligned, and projected. Is also set to work.

まず、上記補正の第一の例として、電子ビームレンズ部12における歪の補正が挙げられる。電子ビームレンズ部12により発生する電界は、空間的に強度分布を示すため、集束される、パターン化された電子ビームアレイ14の中心付近とパターンの外郭付近では縮小率が異なる。これを解決するために、所望パターンに対する、電子ビームレンズ部12にて生じる歪の逆関数の積である入射光パターン(逆歪光パターン)を生成するように、プロジェクタ制御部61はプロジェクタ8を制御する。よって、プロジェクタ制御部61は、逆歪光パターン生成部を備えていることになる。   First, as a first example of the correction, there is correction of distortion in the electron beam lens unit 12. Since the electric field generated by the electron beam lens unit 12 has a spatial intensity distribution, the reduction rate differs between the center of the patterned electron beam array 14 to be focused and the pattern outline. In order to solve this, the projector control unit 61 causes the projector 8 to generate an incident light pattern (reverse distortion light pattern) that is a product of an inverse function of distortion generated in the electron beam lens unit 12 with respect to a desired pattern. Control. Therefore, the projector control unit 61 includes a reverse distortion light pattern generation unit.

これにより、上記第一の例では、電子ビームレンズ部12において、電子ビームアレイ14によって描画される2次元電子ビームパターン14aに生じる歪を、上記入射光パターンにより相殺することができる。すなわち、通常の電子ビームの解像度で、試料5上に2次元電子ビームパターン14aを照射することが可能となる。   Accordingly, in the first example, in the electron beam lens unit 12, distortion generated in the two-dimensional electron beam pattern 14a drawn by the electron beam array 14 can be canceled by the incident light pattern. In other words, it is possible to irradiate the sample 5 with the two-dimensional electron beam pattern 14a at a normal electron beam resolution.

この結果、上記第一の例においては、2次元電子ビームパターン14aを、光パターン13側から補正することで、高精度かつプログラマブルに照射することができる。それゆえ、たとえば分解能が5nm以下といった、より高い分解能の電子顕微鏡システムを高精度かつ低コストで実現することができる。   As a result, in the first example, the two-dimensional electron beam pattern 14a can be irradiated with high accuracy and programmable by correcting from the light pattern 13 side. Therefore, for example, an electron microscope system with a higher resolution such as a resolution of 5 nm or less can be realized with high accuracy and low cost.

次に、上記補正の第二の例として、図7(a)および図7(b)に示すように、電子ビームアレイ14が電子ビームレンズ部12により集束されて、試料5に近づくに伴い、図7(c)に示すように、互いに隣り合うマイクロ電子ビーム14b間での相互作用力が大きくなり、上記相互作用力による散乱に起因した解像度が低下するという不都合を回避する例を挙げる。   Next, as a second example of the correction, as shown in FIGS. 7A and 7B, as the electron beam array 14 is focused by the electron beam lens unit 12 and approaches the sample 5, As shown in FIG. 7C, an example of avoiding the disadvantage that the interaction force between the adjacent micro electron beams 14b is increased and the resolution due to the scattering due to the interaction force is lowered will be described.

そこで、図8(a)に示すように、MCP11の各マトリクスである各マイクロチャネル11aに入射する光パターン13から、互いに補間し合う各ドットからなる複数の各分割光パターン11a−1〜11a−3を、時分割的にそれぞれ生成するようにプロジェクタ8がプロジェクタ制御部61により制御される。各分割光パターン11a−1〜11a−3は、互いに補間し合うように形成されているので、図8(b)に示すように、互いに重ねると元の光パターン13となるようになっている。よって、プロジェクタ制御部61は、分割光パターン生成部を備えていることになる。   Therefore, as shown in FIG. 8A, a plurality of divided light patterns 11a-1 to 11a- each composed of dots interpolating with each other from the light pattern 13 incident on each microchannel 11a which is each matrix of the MCP 11. 3 is generated by the projector control unit 61 so as to generate 3 in a time division manner. Since the divided light patterns 11a-1 to 11a-3 are formed so as to interpolate each other, as shown in FIG. 8B, when they are overlapped with each other, the original light pattern 13 is obtained. . Therefore, the projector control unit 61 includes a split light pattern generation unit.

このように補正の第二例においては、試料5上に照射される、各分割光パターン11a−1〜11a−3に基づくマイクロ電子ビーム14bは、互いの間隔が広くなるために、上記相互作用力による不都合を抑制できる。この結果、補正の第二の例においても、解像度の低下を回避できるので、超高密度LSIが、より高精度、低コストかつプログラマブルに製造できる。   As described above, in the second example of the correction, the micro electron beam 14b based on the divided light patterns 11a-1 to 11a-3 irradiated onto the sample 5 has a wide interval, and thus the above interaction is performed. Inconvenience due to force can be suppressed. As a result, also in the second example of correction, it is possible to avoid a decrease in resolution, so that an ultra-high density LSI can be manufactured with higher accuracy, lower cost, and programmable.

また、本実施形態に係る電子顕微鏡システムにおいて、MCP11からの電子ビームアレイ14の出射角度のバラツキに起因した分解能の低下を防止するために、図9(a)および図9(b)に示すように、MCP11の出射側にグリッド状静電レンズ部16を設けてもよい。   Further, in the electron microscope system according to the present embodiment, as shown in FIGS. 9A and 9B, in order to prevent a reduction in resolution due to variations in the emission angle of the electron beam array 14 from the MCP 11. In addition, a grid-like electrostatic lens portion 16 may be provided on the emission side of the MCP 11.

グリッド状静電レンズ部16には、MCP11の各マイクロチャネル11aにそれぞれ対応したグリッド(格子)状の各空間部16aが各マイクロチャネル11aからの各増幅電子ビームの進行方向に沿った空間を備えるようにそれぞれ形成されている。これにより、上記グリッド状静電レンズ部16に電圧を印加しておくと、MCP11からの電子ビームアレイ14に対し引力を発生し、加速化させた上記電子ビームアレイ14をグリッド状の各空間部16a内を通過させることで、互いに平行化できて前記出射角度のバラツキを抑制して、上記バラツキに起因する分解能の低下を軽減でき、かつ、前述の光パターン13との相似性を向上できて、2次元電子ビームパターン14aの高精度化が可能となる。   In the grid-like electrostatic lens portion 16, each grid-like space portion 16a corresponding to each microchannel 11a of the MCP 11 has a space along the traveling direction of each amplified electron beam from each microchannel 11a. Are formed respectively. As a result, when a voltage is applied to the grid-like electrostatic lens portion 16, an attractive force is generated on the electron beam array 14 from the MCP 11, and the accelerated electron beam array 14 is moved to each grid-like space portion. By passing through 16a, it is possible to make them parallel to each other, suppress variations in the emission angle, reduce a decrease in resolution caused by the variations, and improve similarity to the light pattern 13 described above. It is possible to improve the accuracy of the two-dimensional electron beam pattern 14a.

このように直径が10μmのマイクロチャネル11aを、互いに隣り合う各マイクロチャネル11aの中心間の間隔が12μmのMCP11を用いて、定格2keVをMCP11の各電極11d、11eに印加して露光電流の合計が20mAとすると、図10(a)に示すように、MCP11の1マイクロチャネル11a当たり0.5μAのマイクロ電子ビーム14bが得られるので、図10(c)に示す、同じ露光電流を利用した従来の電子ビーム14cを用いた電子顕微鏡の40000倍のS/Nになることが分かった。   In this way, by using the microchannel 11a having a diameter of 10 μm and the MCP11 having a distance of 12 μm between the centers of the adjacent microchannels 11a, a rated 2 keV is applied to the electrodes 11d and 11e of the MCP11 to obtain a total exposure current. 10 mA, as shown in FIG. 10A, a micro electron beam 14 b of 0.5 μA is obtained per microchannel 11 a of the MCP 11, so that the conventional exposure using the same exposure current shown in FIG. It was found that the S / N was 40000 times that of an electron microscope using the electron beam 14c.

この数値はMCP11の各マイクロチャネル11aの形成数に相当し、さらに多数のマイクロチャネル11aを備えたMCP11を利用すれば、露光速度はそれに比例して上昇すると考えられる。   This numerical value corresponds to the number of microchannels 11a formed in the MCP 11, and if the MCP 11 having a large number of microchannels 11a is used, the exposure speed is considered to increase in proportion thereto.

(電子線照射方法の参考例)
MCP11から放出された電子ビームアレイ14は、上記したように加速・集束され、試料5表面に時系列で順に到達し、これにより、試料5の表面状態に応じた2次電子が放出される。この2次電子が2次電子検出器15によって検出され、この検出信号に基づいて行列演算部66および画像処理部67によって画像化されることによって、電子顕微鏡画像が得られる。以下に、本発明の実施例の一例である参考例としての電子線照射方法を図11を参照しながら説明する。
(Reference example of electron beam irradiation method)
The electron beam array 14 emitted from the MCP 11 is accelerated and focused as described above, and sequentially reaches the surface of the sample 5 in time series, whereby secondary electrons corresponding to the surface state of the sample 5 are emitted. The secondary electrons are detected by the secondary electron detector 15 and imaged by the matrix calculation unit 66 and the image processing unit 67 based on the detection signal, whereby an electron microscope image is obtained. Hereinafter, an electron beam irradiation method as a reference example which is an example of the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.

図11に示す例では、簡単のため、プロジェクタ8から出射される2次元の光パターン13の全ピクセル数を5×5の25ピクセルとしており、この2次元パターンを行列として示している。なお、行列内の各数字において、1が電子線照射が行われるピクセル、0が電子線照射が行われないピクセルをそれぞれ示している。   In the example shown in FIG. 11, for the sake of simplicity, the total number of pixels of the two-dimensional light pattern 13 emitted from the projector 8 is 25 × 5 × 5, and this two-dimensional pattern is shown as a matrix. In each number in the matrix, 1 indicates a pixel on which electron beam irradiation is performed, and 0 indicates a pixel on which electron beam irradiation is not performed.

A1に示す行列では、(1,1)のピクセルのみが1となっており、A2に示す行列では、(2,1)のピクセルのみが1となっており、A3以降も同様に、順次1つのピクセルのみが1となっている。このような行列を25個用意し、これらの行列に基づいた2次元パターンによる電子線照射を順に行うことによって、全てのピクセルにおいて1回電子線照射が行われることになる。   In the matrix shown in A1, only the (1,1) pixel is 1, and in the matrix shown in A2, only the (2,1) pixel is 1. Only one pixel is 1. By preparing 25 such matrices and sequentially performing electron beam irradiation with a two-dimensional pattern based on these matrices, the electron beam irradiation is performed once for all the pixels.

上記の場合、1回の電子線照射において照射される2次元パターンは、25次元(5×5=25ピクセル)ベクトルで表記することができる。具体的には、図12において、A1およびA2に示す行列は、それぞれB1およびB2に示すベクトルで表記することができる。そして、B1〜B25を縦に並べるとCに示す25×25の行列で表記することができる。この25×25の行列を電子線照射行列と称する。この電子線照射行列は、2次元パターンの全ピクセルを順に電子線照射した場合の時系列を示したものとなる。   In the above case, the two-dimensional pattern irradiated in one electron beam irradiation can be expressed by a 25-dimensional (5 × 5 = 25 pixels) vector. Specifically, in FIG. 12, the matrices indicated by A1 and A2 can be represented by vectors indicated by B1 and B2, respectively. When B1 to B25 are arranged vertically, they can be represented by a 25 × 25 matrix shown in C. This 25 × 25 matrix is referred to as an electron beam irradiation matrix. This electron beam irradiation matrix shows a time series when all the pixels of the two-dimensional pattern are sequentially irradiated with the electron beam.

以上のような電子線照射方法が行われた場合、前記したように、S/N(signal to noise ratio)の観点において被写体としての試料5に与える影響(構造変化等)、および、試料5のチャージアップを最小限に抑えるという観点において大きな問題点がある。電子線の強度や加速電圧を低くすることによってトータルの電荷注入量をなるべく低く設定することが好ましいが、この場合、各ピクセルからの2次電子放出量に対応した信号強度が機器ノイズを下回った場合、観察が不可能になるという問題がある。   When the electron beam irradiation method as described above is performed, as described above, in terms of S / N (signal to noise ratio), the influence on the sample 5 as a subject (such as structural change), and the sample 5 There is a big problem in terms of minimizing the charge-up. Although it is preferable to set the total charge injection amount as low as possible by lowering the electron beam intensity and acceleration voltage, in this case, the signal intensity corresponding to the amount of secondary electron emission from each pixel is lower than the device noise. In this case, there is a problem that observation becomes impossible.

(電子線照射方法)
以上の問題を解決するために、本実施形態では、1回の電子線照射において照射される2次元パターンを、複数のピクセルにおいて電子線照射が行われるパターンとし、これらの2次元パターンを所定の規則に基づいて変化させて複数回電子線照射を行うものとしている。例えば、2次元パターンに含まれるピクセルの内、半分のピクセルにおいて電子線照射源をONとする(行列において1とする)場合、1回の電子線照射によって2次電子検出器15において検出される信号は(全ピクセル)/2倍に増加する。すなわち、検出される信号強度が大きくなり、各ピクセルが複数回電子線を照射された後、電子線画像を算出するための演算においてノイズが平均化されて小さくなるので、等価的なS/N(signal to noise ratio)が向上することになる。すなわち、検出される信号強度が大きくなり、各ピクセルが複数回電子線を照射された後、電子線画像を算出するための演算においてノイズが平均化されて小さくなるので、等価的なS/Nが向上することになる。このようにS/Nを向上させることができる2次元パターンに基づく電子線照射を全ピクセル数回照射し、各電子線照射によって得られた信号に対して演算処理を施すことによって、各ピクセルから放出された2次電子量を算出することができる。これにより、2次元電子顕微鏡画像を得ることが可能となる。
(Electron beam irradiation method)
In order to solve the above problems, in this embodiment, a two-dimensional pattern irradiated in one electron beam irradiation is used as a pattern in which a plurality of pixels are irradiated with an electron beam, and these two-dimensional patterns are defined as predetermined. It is assumed that the electron beam irradiation is performed a plurality of times by changing the rule. For example, when the electron beam irradiation source is turned ON (set to 1 in the matrix) in half of the pixels included in the two-dimensional pattern, the secondary electron detector 15 detects the electron beam irradiation once. The signal increases by (total pixels) / 2 times. That is, since the detected signal intensity increases and each pixel is irradiated with an electron beam a plurality of times, noise is averaged and reduced in an operation for calculating an electron beam image. (Signal to noise ratio) will be improved. That is, since the detected signal intensity increases and each pixel is irradiated with an electron beam a plurality of times, noise is averaged and reduced in an operation for calculating an electron beam image. Will be improved. Thus, by irradiating an electron beam irradiation based on a two-dimensional pattern capable of improving the S / N several times for all the pixels, and performing arithmetic processing on the signal obtained by each electron beam irradiation, The amount of secondary electrons emitted can be calculated. Thereby, a two-dimensional electron microscope image can be obtained.

例えば2次元パターンが5×5ピクセルの場合、25回互いに異なる2次元パターンによる電子線照射が行われる。ここで未知数が25個なので、25種類の互いに異なる(行列で言えば互いに直交する)2次元パターンによって電子線照射が行われることにより、全ての未知数を算出することができる。   For example, when the two-dimensional pattern is 5 × 5 pixels, the electron beam irradiation is performed 25 times with different two-dimensional patterns. Since there are 25 unknowns here, all unknowns can be calculated by performing electron beam irradiation with 25 different two-dimensional patterns (or orthogonal to each other in terms of a matrix).

(演算処理の具体例)
以下では、2次元パターンの具体例、および、得られた信号から電子顕微鏡像を得るアルゴリズムについて、上記した電子線照射行列を用いて説明する。
(Specific example of calculation processing)
Hereinafter, a specific example of a two-dimensional pattern and an algorithm for obtaining an electron microscope image from the obtained signal will be described using the above-described electron beam irradiation matrix.

まず、L×Lの電子線照射行列を行列Bとする。上で定義したように、この電子線照射行列による電子顕微鏡画像の全ピクセル数はLとなる。また、各2次元パターンに基づく電子線照射が行われた際に、試料5から放出される2次電子量の時系列を示すL次元列ベクトルをベクトルAと定義する。また、各2次元パターンに基づく電子線照射が行われた際に、2次電子検出器15から出力される検出信号に重畳されるノイズの時系列を示すL次元列ノイズベクトルをベクトルCとする。ここで、ベクトルCは機器ノイズを示すものであり、試料5から2次電子が放出されていない状態でも発生している出力信号である。このノイズは、注入電荷量を低く設定した場合には、信号に起因したジョンソンノイズよりも十分大きい。また、各2次元パターンに基づく電子線照射が行われた際に、2次電子検出器15において検出される検出信号の時系列を示すL次元列ベクトルをベクトルSとする。行列B、ベクトルA、ベクトルC、およびベクトルSの関係は、次式で表される。   First, let L × L electron beam irradiation matrix be matrix B. As defined above, the total number of pixels in the electron microscope image by this electron beam irradiation matrix is L. Further, an L-dimensional column vector indicating a time series of the amount of secondary electrons emitted from the sample 5 when the electron beam irradiation based on each two-dimensional pattern is performed is defined as a vector A. An L-dimensional column noise vector indicating a time series of noise superimposed on a detection signal output from the secondary electron detector 15 when electron beam irradiation based on each two-dimensional pattern is performed is a vector C. . Here, the vector C represents device noise, and is an output signal generated even when no secondary electrons are emitted from the sample 5. This noise is sufficiently larger than the Johnson noise caused by the signal when the injected charge amount is set low. An L-dimensional column vector indicating a time series of detection signals detected by the secondary electron detector 15 when electron beam irradiation based on each two-dimensional pattern is performed is a vector S. The relationship between the matrix B, vector A, vector C, and vector S is expressed by the following equation.

Figure 2007141797
Figure 2007141797

前記した参考例の場合、行列Bは単位行列となる。本実施形態の場合、行列Bは次の2つの条件を満たす場合、高感度化を実現するために適している。(1)全ての行において、1の数が占める割合が大きい。(2)測定では、式(1)の行列B、ベクトルS、およびベクトルCが得られるので、ベクトルAを求めるためには、行列Bの逆行列が存在する必要がある。すなわち、行列Bは正則行列である必要がある。   In the case of the reference example described above, the matrix B is a unit matrix. In the case of this embodiment, the matrix B is suitable for realizing high sensitivity when the following two conditions are satisfied. (1) The ratio of the number 1 is large in all rows. (2) In the measurement, the matrix B, the vector S, and the vector C of the equation (1) are obtained. Therefore, in order to obtain the vector A, an inverse matrix of the matrix B needs to exist. That is, the matrix B needs to be a regular matrix.

上記の2つの条件を満たす正則行列としては、アダマール行列、ならびに、M系列およびM系列のシフトを行ベクトルとする直交行列が最適である。M系列とは、原始多項式(周期がqm−1に一致するガロア体GF(q)上のm次既多項式)を生成多項式とする巡回符号系列であり、その周期は原始多項式をm次とした場合、2m+1−1となる。 As the regular matrix that satisfies the above two conditions, the Hadamard matrix and the orthogonal matrix having the M-sequence and the M-sequence shift as row vectors are optimal. The M sequence is a cyclic code sequence that uses a primitive polynomial ( m-th order polynomial on the Galois field GF (q) whose period is equal to q m−1 ) as a generator polynomial, and the period is expressed as m-order primitive polynomial. In this case, 2 m + 1 −1.

例えば原始多項式を、a5=a4+a3+a1+a0で示される4次の漸化式とすると、周期は2−1=31となる。この原始多項式によって生成されたM系列を図13(a)に示す。また、このM系列における各要素の配置位置を順にシフトさせることによって生成されるM系列群によって構成される行列を図13(b)に示す。この行列が電子線照射行列としての行列Bとして電子線照射行列設定部65によって設定される。なお、電子線照射行列設定部65は、予め上記のように定められた電子線照射行列を記憶しておいてもよいし、必要とされる要素の数に応じて電子線照射行列を上記のように算出するようになっていてもよい。 For example, if the primitive polynomial is a fourth-order recurrence formula represented by a5 = a4 + a3 + a1 + a0, the period is 2 5 −1 = 31. An M sequence generated by this primitive polynomial is shown in FIG. Further, FIG. 13B shows a matrix constituted by M sequence groups generated by sequentially shifting the arrangement positions of the elements in the M sequence. This matrix is set by the electron beam irradiation matrix setting unit 65 as a matrix B as an electron beam irradiation matrix. The electron beam irradiation matrix setting unit 65 may store the electron beam irradiation matrix determined in advance as described above, or the electron beam irradiation matrix may be set according to the number of elements required as described above. It may be calculated as follows.

図14は、上記のように設定された電子線照射行列としての行列Bに基づいて電子線照射が時系列で行われる場合の各2次元パターンの状態を示している。(A)に示す2次元パターンは、行列Bの1行目に基づいて電子線照射される2次元パターンを示しており、(B)に示す2次元パターンは、行列Bの2行目に基づいて電子線照射される2次元パターンを示しており、(C)に示す2次元パターンは、行列Bの31行目に基づいて電子線照射される2次元パターンを示している。このように、電子線照射行列に基づいて2次元パターンを2m+1−1回電子線照射することにより、電子顕微鏡画像を高いS/Nで測定することができる。 FIG. 14 shows the state of each two-dimensional pattern when electron beam irradiation is performed in time series based on the matrix B as the electron beam irradiation matrix set as described above. The two-dimensional pattern shown in (A) shows a two-dimensional pattern irradiated with an electron beam based on the first row of the matrix B, and the two-dimensional pattern shown in (B) is based on the second row of the matrix B. The two-dimensional pattern irradiated with the electron beam is shown, and the two-dimensional pattern shown in (C) shows the two-dimensional pattern irradiated with the electron beam based on the 31st row of the matrix B. Thus, an electron microscope image can be measured with high S / N by irradiating a two-dimensional pattern 2 m + 1 −1 times with an electron beam based on the electron beam irradiation matrix.

具体的には、図15に示すように、プロジェクタ制御部61が、電子線照射行列に基づいて、第1〜第2m+1−1の光パターン13を所定の時間間隔で出射させるようにプロジェクタ8を制御する。これによって、MCP11からは、第1〜第2m+1−1の電子ビームアレイ14が順に出射され、試料5に照射されることになる。 Specifically, as shown in FIG. 15, the projector control unit 61 causes the first to second m + 1 −1 light patterns 13 to be emitted at predetermined time intervals based on the electron beam irradiation matrix. To control. As a result, the first to second ( m + 1) -1 electron beam arrays 14 are sequentially emitted from the MCP 11 and irradiated onto the sample 5.

以下では、行列Bが、図14に示したような、M系列の巡回符号で構成される行列である場合に、行列演算部66が、式(1)からベクトルAを算出する方法について説明する。   Hereinafter, a description will be given of a method in which the matrix calculation unit 66 calculates the vector A from Expression (1) when the matrix B is a matrix composed of M-sequence cyclic codes as shown in FIG. .

まず、行列Bにおいて、要素の値が0となっている要素部分を−1に置き換えた行列(この行列の各行はpn系列と呼ばれる)を行列B’とおくと、行列Bは次のように表すことができる。   First, in the matrix B, a matrix in which an element part having an element value of 0 is replaced with −1 (each row of this matrix is called a pn sequence) is called a matrix B ′. Can be represented.

Figure 2007141797
Figure 2007141797

上式において、行列E’は、全ての要素が1となっている行列を示している。この式(2)を式(1)に代入すると、次式が得られる。   In the above equation, the matrix E ′ indicates a matrix in which all elements are 1. Substituting this equation (2) into equation (1) yields:

Figure 2007141797
Figure 2007141797

式(3)において、ベクトルAについて解くために、行列B’の転置行列B’を両辺にかけると次式が得られる。 In Equation (3), in order to solve for the vector A, the transposed matrix B ′ T of the matrix B ′ is multiplied on both sides to obtain the following equation.

Figure 2007141797
Figure 2007141797

ここで、行列B’B’の各要素は、pn系列における自己相関関数に相当し、行列B’B’ の各要素b’ijは、次式で表される。 Here, each element of the matrix B ′ T B ′ corresponds to an autocorrelation function in the pn sequence, and each element b ′ ij of the matrix B ′ T B ′ is expressed by the following equation.

Figure 2007141797
Figure 2007141797

一方、行列B’E’において、pn系列では、1の数が−1の数より1つだけ多いので、次式が得られる。 On the other hand, in the matrix B ′ T E ′, since the number of 1 is one more than the number of −1 in the pn sequence, the following equation is obtained.

Figure 2007141797
Figure 2007141797

よって、L>>1の場合、式(5)および式(6)に基づいて、次式を得ることができる。   Therefore, in the case of L >> 1, the following expression can be obtained based on Expression (5) and Expression (6).

Figure 2007141797
Figure 2007141797

ここで、行列EはL×Lの単位行列を示している。この式(7)および式(4)に基づいて、次式が得られる。   Here, the matrix E represents an L × L unit matrix. Based on the equations (7) and (4), the following equation is obtained.

Figure 2007141797
Figure 2007141797

上式より、行列B’を求めることによって、ベクトルAが求まり、2次元電子顕微鏡画像を得ることができることがわかる。ここで、行列B’は、電子線照射行列設定部65によって設定された行列Bにおいて、要素の値が0となっている要素部分を−1に置き換えて転置することによって容易に求められるものである。 From the above equation, it can be seen that by obtaining the matrix B ′ T , the vector A is obtained, and a two-dimensional electron microscope image can be obtained. Here, the matrix B ′ T can be easily obtained by transposing the element part having the element value of 0 in the matrix B set by the electron beam irradiation matrix setting unit 65 by transposing it with −1. It is.

最後に、コントローラ17の各ブロック、特に電子線照射行列設定部65および行列演算部66は、ハードウェアロジックによって構成してもよいし、次のようにCPUを用いてソフトウェアによって実現してもよい。   Finally, each block of the controller 17, in particular, the electron beam irradiation matrix setting unit 65 and the matrix calculation unit 66 may be configured by hardware logic, or may be realized by software using a CPU as follows. .

すなわち、コントローラ17は、各機能を実現する制御プログラムの命令を実行するCPU(central processing unit)、上記プログラムを格納したROM(read only memory)、上記プログラムを展開するRAM(random access memory)、上記プログラムおよび各種データを格納するメモリ等の記憶装置(記録媒体)などを備えている。そして、本発明の目的は、上述した機能を実現するソフトウェアであるコントローラ17の制御プログラムのプログラムコード(実行形式プログラム、中間コードプログラム、ソースプログラム)をコンピュータで読み取り可能に記録した記録媒体を、上記コントローラ17に供給し、そのコンピュータ(またはCPUやMPU)が記録媒体に記録されているプログラムコードを読み出し実行することによっても、達成可能である。   That is, the controller 17 includes a central processing unit (CPU) that executes instructions of a control program that implements each function, a read only memory (ROM) that stores the program, a random access memory (RAM) that expands the program, A storage device (recording medium) such as a memory for storing programs and various data is provided. An object of the present invention is to provide a recording medium on which a program code (execution format program, intermediate code program, source program) of a control program of the controller 17 which is software for realizing the above-described functions is recorded in a computer-readable manner. This can also be achieved by supplying to the controller 17 and reading and executing the program code recorded on the recording medium by the computer (or CPU or MPU).

上記記録媒体としては、例えば、磁気テープやカセットテープ等のテープ系、フロッピー(登録商標)ディスク/ハードディスク等の磁気ディスクやCD−ROM/MO/MD/DVD/CD−R等の光ディスクを含むディスク系、ICカード(メモリカードを含む)/光カード等のカード系、あるいはマスクROM/EPROM/EEPROM/フラッシュROM等の半導体メモリ系などを用いることができる。   Examples of the recording medium include a tape system such as a magnetic tape and a cassette tape, a magnetic disk such as a floppy (registered trademark) disk / hard disk, and an optical disk such as a CD-ROM / MO / MD / DVD / CD-R. Card system such as IC card, IC card (including memory card) / optical card, or semiconductor memory system such as mask ROM / EPROM / EEPROM / flash ROM.

また、コントローラ17を通信ネットワークと接続可能に構成し、上記プログラムコードを通信ネットワークを介して供給してもよい。この通信ネットワークとしては、特に限定されず、例えば、インターネット、イントラネット、エキストラネット、LAN、ISDN、VAN、CATV通信網、仮想専用網(virtual private network)、電話回線網、移動体通信網、衛星通信網等が利用可能である。また、通信ネットワークを構成する伝送媒体としては、特に限定されず、例えば、IEEE1394、USB、電力線搬送、ケーブルTV回線、電話線、ADSL回線等の有線でも、IrDAやリモコンのような赤外線、Bluetooth(登録商標)、802.11無線、HDR、携帯電話網、衛星回線、地上波デジタル網等の無線でも利用可能である。なお、本発明は、上記プログラムコードが電子的な伝送で具現化された、搬送波に埋め込まれたコンピュータデータ信号の形態でも実現され得る。   The controller 17 may be configured to be connectable to a communication network, and the program code may be supplied via the communication network. The communication network is not particularly limited. For example, the Internet, intranet, extranet, LAN, ISDN, VAN, CATV communication network, virtual private network, telephone line network, mobile communication network, satellite communication. A net or the like is available. Also, the transmission medium constituting the communication network is not particularly limited. For example, even in the case of wired such as IEEE 1394, USB, power line carrier, cable TV line, telephone line, ADSL line, etc., infrared rays such as IrDA and remote control, Bluetooth ( (Registered trademark), 802.11 wireless, HDR, mobile phone network, satellite line, terrestrial digital network, and the like can also be used. The present invention can also be realized in the form of a computer data signal embedded in a carrier wave in which the program code is embodied by electronic transmission.

本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。   The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims. That is, embodiments obtained by combining technical means appropriately changed within the scope of the claims are also included in the technical scope of the present invention.

本発明の電子顕微鏡システムは、近年需要が高まっている有機・バイオ系試料のナノ構造観察に好適に利用できる。   The electron microscope system of the present invention can be suitably used for observing nanostructures of organic / bio-based samples, for which demand is increasing in recent years.

本発明の一実施形態に係る電子顕微鏡システムの構成において、コントローラが備える機能ブロックを示すブロック図である。In the structure of the electron microscope system which concerns on one Embodiment of this invention, it is a block diagram which shows the functional block with which a controller is provided. 上記電子顕微鏡システムの概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the said electron microscope system. 上記照射装置に用いるMCPのマイクロチャネルにおける要部破断の斜視図である。It is a perspective view of the principal part fracture | rupture in the microchannel of MCP used for the said irradiation apparatus. 上記MCPの要部破断の斜視図である。It is a perspective view of the principal part fracture | rupture of the said MCP. 上記MCPの印加電圧とゲインとの関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the applied voltage of said MCP, and a gain. 上記MCPと電子レンズビーム部とにおける、光パターンから電子ビームアレイが生成され、集束され、投影される状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state in which the electron beam array is produced | generated from the optical pattern in the said MCP and an electron lens beam part, and it is converged and projected. 上記電子ビームアレイが集束される状態を示し、(a)は上記状態の斜視図、(b)は集束されて試料上での上記電子ビームアレイの状態を示す斜視図であり、(c)は集束された上記電子ビームアレイでの各電子ビーム間の相互作用を示す概略正面図である。The electron beam array is focused, (a) is a perspective view of the state, (b) is a perspective view of the focused electron beam array on the sample, and (c) is a perspective view. It is a schematic front view which shows the interaction between each electron beam in the said focused electron beam array. 上記電子ビームアレイの各マイクロ電子ビーム間の相互作用を緩和するための一例を示し、(a)は上記電子ビームアレイを生成するための光パターンを分割して形成した、互いに補間する各分割光パターンの例を示す平面図であり、(b)は上記各分割光パターンを合わせたときの電子ビームアレイを示す平面図である。An example for alleviating the interaction between each micro electron beam of the electron beam array is shown. (A) shows divided light beams which are formed by dividing a light pattern for generating the electron beam array and interpolate with each other. It is a top view which shows the example of a pattern, (b) is a top view which shows an electron beam array when the said each division | segmentation light pattern is match | combined. 上記MCPからの電子ビームアレイを整形するためのグリッド状静電レンズ部を示し、(a)は上記グリッド状静電レンズ部の要部破断斜視図であり、(b)は上記グリッド状静電レンズ部の断面図である。The grid-shaped electrostatic lens part for shaping the electron beam array from said MCP is shown, (a) is a principal part fracture perspective view of the said grid-shaped electrostatic lens part, (b) is the said grid-shaped electrostatic lens part. It is sectional drawing of a lens part. (a)は本発明の電子ビームを示す概略正面図であり、(b)は従来の電子ビームを示す概略正面図である。(A) is a schematic front view which shows the electron beam of this invention, (b) is a schematic front view which shows the conventional electron beam. 参考例としての電子線照射方法において、時系列で電子線照射される2次元パターンの例を示す図である。In the electron beam irradiation method as a reference example, it is a figure which shows the example of the two-dimensional pattern irradiated with an electron beam in a time series. 参考例としての電子線照射方法において、2次元パターンを示す行列をベクトルで示した状態、および、2次元パターンの全ピクセルを順に電子線照射した場合の時系列を示す電子線照射行列を示す図である。The figure which shows the electron beam irradiation matrix which shows the time series when the state which showed the matrix which shows a two-dimensional pattern by a vector, and all the pixels of a two-dimensional pattern are irradiated with an electron beam in order in the electron beam irradiation method as a reference example It is. (a)は、原始多項式によって生成されたM系列の例を示す図であり、(b)は、M系列における各要素の配置位置を順にシフトさせることによって生成されるM系列群によって構成される行列を示す図である。(A) is a figure which shows the example of the M series produced | generated by the primitive polynomial, (b) is comprised by the M series group produced | generated by shifting the arrangement position of each element in M sequence in order. It is a figure which shows a matrix. 電子線照射行列に基づいて電子線照射が時系列で行われる場合の各2次元パターンの状態を示す図である。It is a figure which shows the state of each two-dimensional pattern in case electron beam irradiation is performed in time series based on an electron beam irradiation matrix. 電子線照射行列に基づいて光パターンがMCP11に照射され、電子ビームアレイが出射される状態を示す図である。It is a figure which shows the state from which an optical pattern is irradiated to MCP11 based on an electron beam irradiation matrix, and an electron beam array is radiate | emitted. 半導体素子としてのDRAM、マイクロプロッセッサの最小加工寸法における、経年的で、一般的な減少の変化を示すグラフである。It is a graph which shows the change of a general decrease over time in the minimum processing dimension of DRAM as a semiconductor element and a microprocessor. X線露光、EUV露光、電子線露光における露光波長と解像度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the exposure wavelength and the resolution in X-ray exposure, EUV exposure, and electron beam exposure. 従来の電子ビームでの露光の例を示し、(a)は断面図、(b)は拡大断面図である。The example of the exposure by the conventional electron beam is shown, (a) is sectional drawing, (b) is an expanded sectional view. 従来の電子ビームでの露光の他の例を示し、(a)は断面図、(b)は拡大断面図、(c)は上記他の例では不可能な、レチクルとしてのSi基板での空孔の例を示す正面図である。Other examples of exposure with a conventional electron beam are shown, (a) is a cross-sectional view, (b) is an enlarged cross-sectional view, and (c) is an empty space on a Si substrate as a reticle, which is not possible with the other examples. It is a front view which shows the example of a hole.

符号の説明Explanation of symbols

1 真空チャンバー
2 ステージ
3 メカニカルドライブ
4 ステージ位置モニタ
5 試料
7 電子線レジスト
8 プロジェクタ(光パターン発生部)
9 光学レンズ
10 光電膜
11 MCP(電子増幅部)
12 電子ビームレンズ部
13 光パターン
14 電子ビームアレイ
15 2次電子検出器
16 グリッド状静電レンズ部
17 コントローラ
18 ディスプレイ
19 入力部
51 電子線照射ユニット
52 コンピュータシステム
61 プロジェクタ制御部(光パターン発生制御手段)
62 電子レンズ制御部
63 検出信号受信部
64 メカニカルドライブ制御部
65 電子線照射行列設定部(パターン設定手段)
66 行列演算部(画像生成手段)
67 画像処理部(画像生成手段)
68 表示制御部
69 入力制御部
1 Vacuum chamber 2 Stage 3 Mechanical drive 4 Stage position monitor 5 Sample 7 Electron beam resist 8 Projector (light pattern generator)
9 Optical Lens 10 Photoelectric Film 11 MCP (Electronic Amplifier)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 12 Electron beam lens part 13 Optical pattern 14 Electron beam array 15 Secondary electron detector 16 Grid-shaped electrostatic lens part 17 Controller 18 Display 19 Input part 51 Electron beam irradiation unit 52 Computer system 61 Projector control part (light pattern generation control means )
62 Electronic lens control unit 63 Detection signal receiving unit 64 Mechanical drive control unit 65 Electron beam irradiation matrix setting unit (pattern setting means)
66 Matrix operation unit (image generation means)
67 Image processing unit (image generating means)
68 Display control unit 69 Input control unit

Claims (12)

電子ビームによる2次元パターンを観察対象としての試料に照射する電子ビーム照射部と、電子ビームの照射によって試料から放出される2次電子を検出する2次電子検出器とを備えた電子線照射装置によって試料の電子顕微鏡画像を生成する電子顕微鏡制御装置であって、
上記電子ビーム照射部から出射すべき電子ビームの2次元パターンを時系列で設定するパターン設定手段と、
上記パターン設定手段によって設定された時系列の2次元パターンと、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号とに基づいて、試料の電子顕微鏡画像を生成する画像生成手段とを備え、
上記パターン設定手段が、2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを含むように、時系列の2次元パターンのそれぞれを設定し、観察領域に含まれる全てのピクセル数と等しい数の2次元パターンを、互いに独立した2次元パターンとなるように時系列で設定することを特徴とする電子顕微鏡制御装置。
An electron beam irradiation apparatus comprising: an electron beam irradiation unit that irradiates a sample as an observation target with a two-dimensional pattern by an electron beam; and a secondary electron detector that detects secondary electrons emitted from the sample by the electron beam irradiation. An electron microscope control device for generating an electron microscope image of a sample by:
Pattern setting means for setting a two-dimensional pattern of an electron beam to be emitted from the electron beam irradiation unit in time series;
Image generation means for generating an electron microscope image of the sample based on the time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting means and the time-series detection signal detected by the secondary electron detector. ,
The pattern setting means sets each of the time-series two-dimensional patterns so as to include the pixels irradiated with the electron beam among the pixels included in the two-dimensional pattern, and sets the number of all pixels included in the observation region, An electron microscope control apparatus characterized in that an equal number of two-dimensional patterns are set in time series so as to become two-dimensional patterns independent of each other.
上記パターン設定手段が、時系列で設定された2次元パターンのうち、少なくとも1つの2次元パターンにおいて、該2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを複数含むように設定することを特徴とする電子顕微鏡制御装置。   The pattern setting means is set to include a plurality of pixels irradiated with an electron beam among at least one two-dimensional pattern among the two-dimensional patterns set in time series. An electron microscope control device. 上記パターン設定手段が、各2次元パターンを表したベクトルを行とし、これを時系列に沿って列方向にならべた行列であって、正則行列である行列を電子線照射行列として設定し、
上記画像生成手段が、上記電子線照射行列と、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号を表したベクトルとに基づいて行列演算を行うことによって、試料の電子顕微鏡画像を示すベクトルを算出する行列演算部を備えていることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡制御装置。
The pattern setting means sets a vector representing each two-dimensional pattern as a row, sets the matrix in the column direction along a time series, and sets a regular matrix as an electron beam irradiation matrix,
The image generation means performs a matrix operation based on the electron beam irradiation matrix and a vector representing a time-series detection signal detected by the secondary electron detector, thereby showing an electron microscope image of the sample. The electron microscope control apparatus according to claim 1, further comprising a matrix calculation unit that calculates a vector.
上記パターン設定手段が、各2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを全ピクセル数の半数よりも多くなるように設定することを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡制御装置。   2. The electron microscope according to claim 1, wherein the pattern setting means sets the number of pixels irradiated with the electron beam to be larger than half of the total number of pixels among the pixels included in each two-dimensional pattern. Control device. 上記パターン設定手段が、各2次元パターンを表したベクトルを行とし、これを時系列に沿って列方向にならべた行列であって、正則行列である行列を電子線照射行列として設定し、
上記画像生成手段が、上記電子線照射行列と、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号を表したベクトルとに基づいて行列演算を行うことによって、試料の電子顕微鏡画像を示すベクトルを算出する行列演算部を備えており、
上記電子線照射行列が、アダマール行列、または、M系列およびM系列のシフトを行ベクトルとする正則行列であることを特徴とする請求項4記載の電子顕微鏡制御装置。
The pattern setting means sets a vector representing each two-dimensional pattern as a row, sets the matrix in the column direction along a time series, and sets a regular matrix as an electron beam irradiation matrix,
The image generation means performs a matrix operation based on the electron beam irradiation matrix and a vector representing a time-series detection signal detected by the secondary electron detector, thereby showing an electron microscope image of the sample. It has a matrix calculation unit that calculates vectors,
5. The electron microscope control apparatus according to claim 4, wherein the electron beam irradiation matrix is a Hadamard matrix or a regular matrix having M-sequence and M-sequence shifts as row vectors.
上記画像生成手段が、各2次元パターンに基づく電子線照射が行われた際に、2次電子検出器から出力される検出信号に重畳される時系列のノイズ信号をも考慮して、試料の電子顕微鏡画像を生成することを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡制御装置。   The image generation means also takes into account the time-series noise signal superimposed on the detection signal output from the secondary electron detector when the electron beam irradiation based on each two-dimensional pattern is performed. The electron microscope control apparatus according to claim 1, wherein an electron microscope image is generated. 上記電子線照射装置が、上記電子ビーム照射部として、2次元の光パターンを発生するための光パターン発生部と、入射された前記光パターンに基づく電子ビームアレイを生成し、前記電子ビームアレイを増幅して出射するための電子増幅部と、前記電子ビームアレイを、加速・集束するための電子ビームレンズ部とを有しており、
上記パターン設定手段によって設定された時系列の2次元パターンに基づいて、上記光パターン発生部による光パターンの出射を制御する光パターン発生制御手段をさらに備えていることを特徴とする請求項1記載の電子顕微鏡制御装置。
The electron beam irradiation apparatus generates, as the electron beam irradiation unit, a light pattern generation unit for generating a two-dimensional light pattern, an electron beam array based on the incident light pattern, and the electron beam array An electron amplification unit for amplifying and emitting, and an electron beam lens unit for accelerating and focusing the electron beam array,
The light pattern generation control means for controlling emission of the light pattern by the light pattern generation section based on the time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting means. Electron microscope control device.
電子ビームによる2次元パターンを観察対象としての試料に照射する電子ビーム照射部と、電子ビームの照射によって試料から放出される2次電子を検出する2次電子検出器とを備えた電子線照射装置によって試料の電子顕微鏡画像を生成する電子顕微鏡制御方法であって、
上記電子ビーム照射部から出射すべき電子ビームの2次元パターンを時系列で設定するパターン設定ステップと、
上記パターン設定ステップによって設定された時系列の2次元パターンと、上記2次電子検出器において検出された時系列の検出信号とに基づいて、試料の電子顕微鏡画像を生成する画像生成ステップとを有し、
上記パターン設定ステップが、2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを含むように、時系列の2次元パターンのそれぞれを設定するとともに、観察領域に含まれる全てのピクセル数と等しい数の2次元パターンを、互いに独立した2次元パターンとなるように時系列で設定するとともに、
時系列で設定された2次元パターンのうち、少なくとも1つの2次元パターンにおいて、該2次元パターンに含まれるピクセルのうち、電子ビームが照射されるピクセルを複数含むように設定することを特徴とする電子顕微鏡制御方法。
An electron beam irradiation apparatus comprising: an electron beam irradiation unit that irradiates a sample as an observation target with a two-dimensional pattern by an electron beam; and a secondary electron detector that detects secondary electrons emitted from the sample by the electron beam irradiation. An electron microscope control method for generating an electron microscope image of a sample by:
A pattern setting step for setting a two-dimensional pattern of an electron beam to be emitted from the electron beam irradiation unit in time series;
An image generation step for generating an electron microscope image of the sample based on the time-series two-dimensional pattern set by the pattern setting step and the time-series detection signal detected by the secondary electron detector; And
The pattern setting step sets each of the time-series two-dimensional patterns so as to include the pixels irradiated with the electron beam among the pixels included in the two-dimensional pattern, and the number of all pixels included in the observation region. And set the same number of two-dimensional patterns in time series so as to be two-dimensional patterns independent of each other,
Among the two-dimensional patterns set in time series, at least one two-dimensional pattern is set so as to include a plurality of pixels irradiated with an electron beam among pixels included in the two-dimensional pattern. Electron microscope control method.
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子顕微鏡制御装置が備える各手段としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。   The control program for functioning a computer as each means with which the electron microscope control apparatus of any one of Claims 1-7 is provided. 請求項9に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。   A computer-readable recording medium on which the control program according to claim 9 is recorded. 電子ビームによる2次元パターンを観察対象としての試料に照射する電子ビーム照射部と、電子ビームの照射によって試料から放出される2次電子を検出する2次電子検出器とを備えた電子線照射装置と、
請求項1〜7のいずれか1項に記載の電子顕微鏡制御装置とを備えることを特徴とする電子顕微鏡システム。
An electron beam irradiation apparatus comprising: an electron beam irradiation unit that irradiates a sample as an observation target with a two-dimensional pattern by an electron beam; and a secondary electron detector that detects secondary electrons emitted from the sample by the electron beam irradiation. When,
An electron microscope system comprising: the electron microscope control device according to claim 1.
電子ビームによる2次元パターンを観察対象としての試料に照射する電子ビーム照射部と、
電子ビームの照射によって試料から放出される2次電子を検出する2次電子検出器とを備えることを特徴とする電子線照射装置。
An electron beam irradiation unit for irradiating a sample to be observed with a two-dimensional pattern by an electron beam;
An electron beam irradiation apparatus comprising: a secondary electron detector that detects secondary electrons emitted from a sample by irradiation with an electron beam.
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