JP2008010294A

JP2008010294A - ビーム照射装置

Info

Publication number: JP2008010294A
Application number: JP2006179158A
Authority: JP
Inventors: Noriyuki Kamata; 田範幸鎌
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】ステージ移動機構の動作異常を検出する。
【解決手段】電子銃１からのビームが照射される試料４を載置したステージ６、ステージ６を移動させるステージ移動機構、高さ検出器２１、ステージ駆動装置１０によりステージ６を移動させた時に高さ検出器２１が検出した試料表面の異なった箇所の高さ間の差分を算出する差分算出回路３３、基準値設定器３４からの基準値と差分算出回路３３からの各差分を順次比較し、基準値を越えた時にステージ移動機構の動作異常信号を発生する比較回路３５を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明は、ステージ移動機構の動作異常を検出するシステムを備えたビーム照射装置に関する。

図１はビーム照射装置の１例である走査型電子顕微鏡の１概略図である。

図中１は電子銃、２，３は、それぞれ、前記電子銃１からの電子ビームを試料４上に集束するための集束レンズ，対物レンズである。

５Ｘ，５Ｙは前記電子銃１からの電子ビームで前記試料４上を、それぞれ、Ｘ方向，Ｙ方向に走査するためのＸ方向偏向器，Ｙ方向偏向器である。

６Ｘ，６Ｙは前記試料４を載置して、それぞれ、Ｘ方向，Ｙ方向に移動するＸステージ，Ｙステージである。

７は各種指令及び演算等を行う中央制御装置である。８は前記中央制御装置７の指令に基づいてＸ方向，Ｙ方向走査信号を作成し、それぞれを、前記Ｘ方向，Ｙ方向偏向器５Ｘ，５Ｙに供給する走査信号作成回路である。

９は前記中央制御装置７の指令に基づいて前記Ｘステージ６Ｘを駆動させるＸステージ駆動装置１０Ｘ，前記Ｙステージ６Ｙを駆動させるＹステージ駆動装置１０Ｙに、それぞれ、Ｘ方向移動信号、Ｙ方向移動信号を供給するステージ移動制御ユニットである。

１１は前記試料４からの二次電子を検出する二次電子検出器で、該二次電子検出器の出力信号は、アンプ１２，Ａ/Ｄ変換器１３を介して前記中央制御装置７に送られる。

１４は前記中央制御装置７の指令に基づいて前記試料４の二次電子像等を表示する表示装置である。

尚、図中１５はＤ/Ａ変換器、１６Ｘ及び１６Ｙはアンプ、１７は例えばキーボードの如き入力装置である。

この様な構成の走査型電子顕微鏡において、入力装置１７から試料上で観察したい領域（以後、観察領域と称す）を中央制御装置７に入力する。該中央制御装置７はＤ/Ａ変換器１５を介して、走査信号作成回路８に、前記観察領域を走査するための走査信号の作成指令を送る。

該走査信号作成回路８は、前記観察領域を走査するためのＸ方向走査信号，Ｙ方向走査信号を作成して、それぞれ、Ｘ方向偏向器５Ｘ，Ｙ方向偏向器５Ｙに供給する。

すると、集束レンズ２と対物レンズ３によって試料４上に集束された電子ビームは、前記Ｘ方向偏向器５Ｘ，Ｙ方向偏向器５Ｙにより、前記試料４上の観察領域内を二次元走査する。

該走査により試料表面から発生した二次電子は二次電子検出器１１により検出される。この二次電子検出器の出力信号は、アンプ１２及びＡ/Ｄ変換器１３を介して前記中央制御装置７に送られる。

該中央制御装置７は送られてきた前記観察領域からの二次電子信号に画像化のための処理を施して表示装置１４に送るので、該表示装置１４に、前記試料４の観察領域の二次電子像が表示される。

特開２００１−２９１６５８号公報

さて、前記の如き走査型電子顕微鏡において、観察領域が電子ビーム光軸上若しくは該光軸に極めて近いところにあると、電子ビーム走査のみでも偏向歪みの影響が少ない二次電子像が得られるが、観察領域が電子ビーム光軸から離れると、電子ビーム走査のみでは偏向歪みの影響が大きい二次電子像が表示され、試料観察に支障を来してしまう。

そこで、通常、観察領域の中心が、電子ビーム光軸上に来るように、前記中央制御装置７からステージ移動制御ユニット９にステージ移動指令を発する。
該ステージ移動指令を受けた前記ステージ移動制御ユニット９は観察領域の中心が電子ビーム光軸上に来るようなＸ方向移動信号を前記Ｘステージ駆動装置１０Ｘに、Ｙ方向移動信号を前記Ｙステージ駆動装置１０Ｙに供給する。前記Ｘステージ駆動装置１０Ｘと前記Ｙステージ駆動装置１０Ｙは、それぞれ、前記Ｘステージ６Ｘ，Ｙステージ６Ｙを前記Ｘ方向移動信号，Ｙ方向移動信号に基づいて移動させるので、前記観察領域の中心が電子ビーム光軸上に来る。

所で、観察領域は光軸上若しくはその近傍にあることは少ないので、実際には、ステージを頻繁に移動させる事になる。そうすると、経時的に、ＸステージやＹステージのステージ移動機構の構成部品が消耗してくる。この様な消耗が大きくなると、ステージ移動機構に大きな負荷がかかり、やがて動作不能に陥ってしまう。又、ステージ移動機構に異物が入り込んだまま長く使用していると、やがてステージ移動機構の構成部品の消耗が大きくなり、動作不能に陥ってしまう
そうなると、装置全体を完全に止めて、ステージ移動機構一式を交換しなければならなくなり、著しく大きな時間浪費を発生させてしまうことになる。

本発明はこの様な問題を解決する新規なビーム照射装置を提供することを目的とするものである。

本発明のビーム照射装置は、ビーム発生源、該ビーム発生源からのビームが照射される被ビーム照射物を載置したステージ、該ステージを移動させるステージ移動機構、該ステージ移動機構により前記ステージを移動させた時に前記被ビーム照射物のビーム照射面の高さを検出する手段、及び、該高さ検出手段が検出した高さの単位時間当りの変化分を測定する手段を備え、該測定した高さ変化分に基づいて前記ステージ移動機構の動作異常を検出するように成した
ことを特徴とする。

本発明のビーム照射装置は、ビーム発生源、該ビーム発生源からのビームが照射される被ビーム照射物を載置したステージ、該ステージを移動させるステージ移動機構、該ステージ移動機構にステージ移動信号を供給するステージ移動制御手段、前記ステージ移動機構によりステージを連続的に移動させた時に前記被ビーム照射物のビーム照射面の高さを検出する手段、及び、該高さ検出手段が検出した高さの単位時間当りの変化分を測定する手段を備え、該測定した高さ変化分と予めステージ移動機構の動作異常に対応させて設定した基準値とを比較し、該比較の結果に基づいて前記ステージ移動機構の動作異常を検出するように成したことを特徴とする。

本発明は、予め設定された時間において、被ビーム照射物表面の各箇所間の高さ変化分を検出し、該検出した高さ変化分に基づいてステージ移動機構の動作異常を検出するようにしたので、タイムリーにステージ移動機構の動作異常を検出することが可能となるので、装置を部分的に止め、ステージ移動機構の一部部品の修理若しくは交換のみの短時間の作業で済む。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図２は本発明のビーム照射装置の一例である走査型電子顕微鏡の一概略図である。

図中、前記図１にて使用された記号と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。

図中２１は試料４の上方に取り付けられ、該試料４の高さを検出するための高さ検出器である。この様な高さ検出器としては、例えば、高さ検出器に設けられた電極板と高さを測定すべき試料間の静電容量を検出し、該検出値を試料表面の高さの値に変換する方式のもの（例えば、特開平０５−１９８６６２号公報参照）や、高さを測定すべき試料表面に光を当て、その反射光の結像位置を検出し、該検出位置を試料表面の高さの値に変換する方式のもの（例えば、特開平１１−３０７０３４号公報参照）等が既に公知である。

２２は、前記高さ変位検出器２１からの高さ信号からステージ移動機構に異常が発生したか否かを判定する異常検出ユニットである。

この異常検出ユニット２２は、図３に示す如き構成を成している。

即ち、異常判定ユニット２２は、ステージ移動制御ユニット９が内蔵しているサンプリング発生器（図示しないが、ステージが一定量移動する度にサンプリングパルス信号を発生するもの）からのサンプリングパルス信号に基づいて、前記高さ検出器２１からの高さ信号をデジタル信号に変換するＡ/Ｄ変換器３１、該Ａ/Ｄ変換器３１からの高さ信号を一旦記憶するメモリ３２、該メモリ３２から高さ信号を順次読み出し、該読み出された高さ信号間の差分を次々算出する差分算出回路３３、前記入力装置１７によりステージ移動機構の動作異常の判断基準となる基準値が前記制御装置７を介して設定される基準値設定器３４，及び、前記差分算出回路３３からの信号と前記基準値設定器３４かの基準値を比較し、差分値が基準値を越えた場合に動作異常信号を、越えない場合に動作正常信号を前記中央制御装置７に送る比較器３５を備えている。

この様な構成の走査型電子顕微鏡において、走査電子顕微鏡の本来の機能である観察の動作に入る前、或いは、観察が一段落した後、或いは、予め設定した時等に、試料上への電子ビーム照射を停止して、次の様にして、ステージ移動機構の動作異常の判定を行う。

先ず、入力装置１７により基準値設定器３４にステージ移動機構の動作異常の判断基準となる基準値を設定する。

同時に、前記高さ検出器２１直下を試料４表面がその中心を含むＸ軸方向に連続的に通過し、次に、同中心を含むＹ軸方向に連続的に通過する様に、前記中央制御装置７からステージ移動制御ユニット９にステージ移動指令を発する。該ステージ移動指令を受けた前記ステージ移動制御ユニット９は、前記高さ検出器２１直下を試料４表面がその中心を含むＸ軸方向に連続的に通過する様なＸ方向移動信号，前記高さ検出器２１直下を試料４表面がその中心を含むＹ軸方向に連続的に通過する様なＹ方向移動信号を，Ｙステージ駆動装置１０Ｙに送る。

該Ｘステージ駆動装置１０Ｘは前記Ｘステージ６Ｘを前記Ｘ方向移動信号に基づいて連続的に移動させ、次に、該Ｙステージ駆動装置１０Ｙは前記Ｙステージ６Ｙを前記Ｙ方向移動信号に基づいて連続的に移動させるので、前記高さ検出器２１直下を試料４表面がその中心を含むＸ軸方向に連続的に通過し、次に、同中心を含むＹ軸方向に連続的に通過する。

この様な連続的な移動中に、前記高さ検出器２１は、その直下を連続的に通過する試料表面の中心を含むＸ方向に沿ったライン上の各位置とＹ方向に沿ったライン上の各位置の高さを検出し、Ａ/Ｄ変換器３１に送る。

該Ａ/Ｄ変換器３１は、前記ステージ移動制御ユニット９が内蔵しているサンプリング発生器（図示せず）からのサンプリングパルス信号に基づいて、前記高さ検出器２１から送られてくる高さ信号を順次デジタル信号に変換し、メモリ３２に送る。

該メモリ３２は順次送られてくるデジタル高さ信号を記憶する。

次に、差分算出回路３３は、前記メモリ３２から順次高さ信号を読み出し、順次読み出されてくる高さ信号値間の差分を算出し、算出した差分を順次比較回路３５に送る。

図４（a）は、Y軸方向に移動した際に、移動に伴ってサンプリングされた高さ信号をプロットした図である。この図から判るように、高さ検出器により検出される試料表面の高さは、試料表面のうなりや反りによりゆっくりと変化し、また、試料表面にうねりや反りがなかったとしても、ステージ移動機構にうねりがあると、これも試料移動に伴ってゆっくりと変化する。小刻みな変動も見受けられる。

ところが、ステージ移動機構に破損や欠損(例えば、ベアリングの損傷)によるガタや振動が発生すると、これも高さ変化につながるが、この場合には、図４(a)において丸印で囲んだように、瞬間的に比較的大きな高さ変化が発生することが多い。

図４（b）は、差分検出回路３３の出力の変化を示しているが、徐々に高さが低下して来ている。図４（a）の左側部分では負の小さな値を示し、一方、徐々に上昇している右側部分では正の小さな値を示している。それに対し、丸印で囲まれた部分における差分値は、大きな正、負の値を示す。

前記基準値は、単位時間当りの高さ変化が、通常の試料表面やステージ移動機構の小刻みな変化によるものと、ステージ移動機構の異常によるものとを区別できる閾値、例えば、±Lに選定される。

該比較回路３５では、順次送られてくる差分値と前記基準設定器３４からの基準値を順次比較し、差分値が基準値を越えた場合に動作異常信号を、越えない場合に動作正常信号を前記中央制御装置７に送る。

該中央制御装置７は、前記Ｘステージ６Ｘが移動している時に検出された際に得られた動作正常信号に対しては前記Ｘステージ６Ｘの移動機構の動作に問題が起きていないと判断し、動作異常信号に対してはＸステージ６Ｘの移動機構の動作に問題が起きていると判断し、後者の場合には前記Ｘステージ６Ｘの移動機構の動作に異常があることを示す警告信号を表示装置１４に送る。該表示装置１４は、「Ｘ方向のステージ移動機構に異常あり」との文字表示を行ったり、或いは、該内容に対応した色の表示を行う。同様に、前記Ｙステージ６Ｙが移動している時に検出された際に得られた動作正常信号に対してはＹステージ６Ｙの移動機構に問題が起きていないと判断し、動作異常信号に対してはＹステージ６Ｙの移動機構の動作に問題が起きていると判断し、後者の場合には前記Ｙステージ６Ｙの移動機構の動作に異常があることを示す警告信号を表示装置１４に送る。該表示装置１４は、「Ｙ方向のステージ移動機構に異常あり」との文字表示を行ったり、或いは、該内容に対応した色の表示を行う。

尚、前記例では、ステージをＸ方向に沿って直線状に連続的移動させた後、Ｙ方向にも直線状に連続的に移動させ、試料表面の高さを検出する様にしたが、ステージをジグザグ状に連続的に移動させ、その移動中に試料表面の高さを検出する様にしても良い。

又、前記例では、所定の時間間隔で順次送られてくる高さ信号間の差を取って単位時間当りの高さ変化分を求める様にしたが、連続的に送られてくる高さ信号を時間微分することにより、高さ信号の単位時間当りの変化分を算出するようにしても良い。

又、前記例では本発明のビーム照射装置として走査型電子顕微鏡を例に挙げて説明したが、ステージを備えた他の荷電粒子ビーム装置、例えば、電子ビーム描画装置や収束イオンビーム加工装置、或いは、ステージを備えたレーザー顕微鏡の如き光ビーム照射装置にも本発明は応用可能である。

又、前記例では、ステージ移動機構の動作異常を表示装置１４上で目に見える表示を行うようにしたが、ステージ移動機構の動作異常を、警告ブザー等の音で表現するようにしても良い。

従来のビーム照射装置の一例である走査電子顕微鏡の一概略図である。本発明のビーム照射装置の一例である走査電子顕微鏡の一概略図である。図２の装置の一部詳細を示す。本発明を示す説明図である。

符号の説明

１…電子銃
２…集束レンズ
３…対物レンズ
４…試料
５Ｘ…Ｘ方向偏向器
５Ｙ…Ｙ方向偏向器
６Ｘ…Ｘステージ
６Ｙ…Ｙステージ
７…中央制御装置
８…走査信号作成回路
９…ステージ移動制御ユニット
１０Ｘ…Ｘステージ駆動装置
１０Ｙ…Ｙステージ駆動装置
１１…二次電子検出器
１２,１６Ｘ,１６Ｙ…アンプ
１３,３１…Ａ/Ｄ変換器
１４…表示装置
１５…Ｄ/Ａ変換器
１７…入力装置
２１…高さ検出器
２２…異常検出ユニット
３２…メモリ
３３…差分算出回路
３４…基準値設定器

Claims

ビーム発生源、該ビーム発生源からのビームが照射される被ビーム照射物を載置したステージ、該ステージを移動させるステージ移動機構、該ステージ移動機構により前記ステージを移動させた時に前記被ビーム照射物のビーム照射面の高さを検出する手段、及び、該高さ検出手段が検出した高さの単位時間当りの変化分を測定する手段を備え、該測定した高さ変化分に基づいて前記ステージ移動機構の動作異常を検出するように成したビーム照射装置。
ビーム発生源、該ビーム発生源からのビームが照射される被ビーム照射物を載置したステージ、該ステージを移動させるステージ移動機構、該ステージ移動機構にステージ移動信号を供給するステージ移動制御手段、前記ステージ移動機構によりステージを連続的に移動させた時に前記被ビーム照射物のビーム照射面の高さを検出する手段、及び、該高さ検出手段が検出した高さの単位時間当りの変化分を測定する手段を備え、該測定した高さ変化分と予めステージ移動機構の動作異常に対応させて設定した基準値とを比較し、該比較の結果に基づいて前記ステージ移動機構の動作異常を検出するように成したビーム照射装置。
前記動作異常を表示する表示手段を設けた請求項１若しくは２記載のビーム照射装置。
前記ステージはＸ方向移動用ステージとＹ方向移動用ステージから成り、それぞれ、Ｘ方向ステージ移動機構，Ｙ方向ステージ移動機構により移動される請求項１若しくは２記載のビーム照射装置。