JP3236433B2 - 荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、自動的に荷電粒子ビー
ムの焦点合わせを行うことができる走査電子顕微鏡など
の荷電粒子ビーム装置における焦点合わせ方法に関す
る。
【0002】
【従来の技術】走査電子顕微鏡では、自動的な焦点合わ
せ機能が備えられている。この焦点合わせは、集束レン
ズの励磁をステップ状に変化させ、各励磁状態、すなわ
ち、電子ビームの各集束状態のときに試料の所定領域を
電子ビームで走査し、その際、検出器によって2次電子
や反射電子を検出し、各集束状態ごとに検出信号を積算
(正確には、信号の変化分の絶対値を積算する「線積
分」。本願明細書では、単に「積算」と呼ぶ)するよう
にしている。そして、各集束状態のときの検出信号の積
算値を比較し、最大値が得られたときの集束状態を合焦
点位置と判断し、その状態に集束レンズの励磁を設定す
るようにしている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】焦点合わせの他の方式
として、集束レンズに垂直走査信号に同期した連続掃引
信号を与えることも行われている。この場合、試料の垂
直走査に伴って電子ビームの集束状態が変化するので、
画面を観察していると、特定の水平走査位置で合焦点状
態を確認することができる。この合焦点状態が画面の中
央に位置されるように集束レンズにオフセット電流を重
畳する。そして、最終的には、画面の中央部分(垂直走
査信号の中心部)における集束レンズの励磁条件を全走
査領域に渡って適用することによって焦点合わせを終了
する。
【0004】上記した焦点合わせ方式では、画面の中央
部分を合焦点状態とする操作などはマニュアルで行われ
ており、走査が繁雑であると共に正確さに欠け、更に時
間が掛かる欠点を有する。
【0005】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、簡単に、高い精度で焦点合わせを
行うことができる荷電粒子ビームにおける焦点合わせ方
法を実現するにある。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に基づく荷電粒子
ビーム装置における焦点合わせ方法は、荷電粒子ビーム
を試料上に集束するための集束レンズと、試料上の荷電
粒子ビームの照射位置を走査するための走査手段と、試
料への荷電粒子ビームの照射によって得られた信号を検
出する検出器と、試料上の荷電粒子ビームの集束状態を
変化させる手段とを備えた荷電粒子ビーム装置におい
て、荷電粒子ビームの集束状態を垂直走査信号に同期し
て連続的に変化させ、この荷電粒子ビームの照射によっ
て得られた信号を検出器に検出させる第1の走査ステッ
プと、前記集束状態の連続的変化をオフセットを持たせ
て行い、このオフセット時での荷電粒子ビームの照射に
よって得られた信号を検出器に検出させることを、複数
のオフセット値についてそれぞれ行う第2の走査ステッ
プと、第1の走査ステップで検出した検出信号を荷電粒
子ビームの各集束状態ごとに積算し、各集束状態での積
算値から最適焦点位置を求める第1の焦点位置検出ステ
ップと、第2の走査ステップで検出した各オフセット値
での検出信号を各集束状態ごとに積算し、各オフセット
値における各集束状態での積算値から、各オフセット値
での最適焦点位置を求める第2の焦点位置検出ステップ
と、第1及び第2の焦点位置検出ステップにて得られた
最適焦点位置から最終の最適焦点位置を求め、この最終
の最適焦点位置に集束レンズを設定する集束レンズ設定
ステップと、を有することを特徴としている。
【0007】
【0008】
【作用】本発明に基づく荷電粒子ビーム装置における焦
点合わせ方法は、荷電粒子ビームの集束状態を垂直走査
信号に同期して連続的に変化させ、この荷電粒子ビーム
の照射によって得られた信号を検出器に検出させ、検出
した検出信号を荷電粒子ビームの各集束状態ごとに積算
し、各集束状態での積算値から最適焦点位置を求める。
また、前記集束状態の連続的変化をオフセットを持たせ
て行い、このオフセット時での荷電粒子ビームの照射に
よって得られた信号を検出器に検出させることを、複数
のオフセット値についてそれぞれ行い、これで検出した
各オフセット値での検出信号を各集束状態ごとに積算
し、各オフセット値における各集束状態での積算値か
ら、各オフセット値での最適焦点位置を求める。最後
に、上記ステップにて得られた最適焦点位置から最終の
最適焦点位置を求め、この最終の最適焦点位置に集束レ
ンズを設定する。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図1は本発明に基づく焦点合わせ方法を実
施するための走査電子顕微鏡の一例を示しており、1は
電子銃である。電子銃1から発生した電子ビームEB
は、集束レンズ2と対物レンズ3によって試料4上に細
く集束される。また、電子ビームEBは、偏向コイル5
によって偏向され、試料4上の電子ビームの照射位置は
走査される。試料4への電子ビームの照射によって発生
した2次電子は、2次電子検出器6によって検出され
る。検出器6の検出信号は、増幅器7によって増幅され
た後、陰極線管9に供給される。
【0010】前記検出信号は、AD変換器12を介して
メモリー13に供給される。このAD変換器12あるい
はメモリー13はCPU14によって制御される。15
は操作盤であり、操作盤15は、CPU14に指示信号
を送る。CPU14は、対物レンズ3の励磁電源16と
偏向コイル5に走査信号を供給する走査信号発生回路1
7を制御する。このような構成の動作は次の通りであ
る。
【0011】通常の2次電子像を観察する場合、操作盤
15からの指示信号に基づき、CPU14は走査信号発
生回路17を通常の走査状態に制御する。走査信号発生
回路17から所定の走査信号が偏向コイル5に供給さ
れ、試料4上の任意の領域が電子ビームEBによって走
査される。試料4への電子ビームの照射によって発生し
た2次電子は、検出器6によって検出される。その検出
信号は、増幅器7を介して偏向コイル5への走査信号と
同期した陰極線管9に供給され、陰極線管9には試料の
任意の領域の2次電子像が表示される。
【0012】次に、電子ビームの焦点合わせ動作を行う
場合について説明する。操作盤15を操作し、焦点合わ
せモードの指示を行うと、CPU14は、対物レンズ3
の励磁電源16と偏向コイル5の走査信号発生回路17
とを制御する。この制御により、励磁電源16は対物レ
ンズ3に、図2(a)に示すような垂直走査信号に同期
した連続的に変化する励磁電流を供給する。この間、走
査信号発生回路17は、試料の所定領域の走査を行うた
めの走査信号を偏向コイル5に供給する。この結果、試
料の電子ビームの走査領域は、各水平走査ラインごとに
異なった集束状態で電子ビームが照射される。図2
(b)は陰極線管9の画面を示しているが、この走査画
面は、垂直方向に512ステップ(ライン)で水平走査
が行われ、各水平走査ラインごとに電子ビームの集束状
態は変化している。
【0013】各ステップ状の励磁電流によるフォーカス
の状態における検出器6によって検出された2次電子信
号は、増幅器7によって増幅された後、AD変換器12
によってディジタル信号に変換された後、メモリー13
に供給されて記憶される。
【0014】上記したステップによってメモリー13に
おいては、各水平走査ラインごとに2次電子検出信号が
記憶される。そして、上記した垂直方向に集束レンズの
励磁状態を変化させながら試料の所定領域の走査を行う
ステップは、多数回実行され、その間、2次電子検出信
号は回帰型フィルター処理の機能を備えたメモリー13
内において積算処理が行われる。この結果、記憶された
2次電子検出信号のSN比は著しく向上する。
【0015】上記した所定回数の積算処理が終わると、
CPU14は、メモリー13内に記憶された512ライ
ン毎の2次電子信号の積算処理を行ない、得られたライ
ン毎の積算信号を比較し、最大積算信号が得られるライ
ンを見出す。図2(c)はメモリー13に記憶された信
号値を示しており、縦軸が垂直走査位置、横軸が積算信
号強度である。この図2(c)のケースでは、ラインL
kにおいて最大積算信号が得られている。CPU13は
ラインLkの時の励磁電源から集束レンズに供給される
励磁電流を見出し、この励磁電流を励磁電源から集束レ
ンズに供給されるように制御する。この集束レンズの励
磁状態で電子ビームの2次元走査を実施することによ
り、焦点の合った状態で走査電子顕微鏡像の観察を行う
ことができる。
【0016】さて、上記した方式で、水平走査ラインL
k上の試料表面に凹凸がなく、滑らかな面である場合、
期待したピーク値を得ることができない。例えば、図2
(b)で焦点のあっていない水平走査ラインLn付近
み凹凸部分Qが存在する場合に、上記した方式では、
水平走査ラインLnに基づく信号の積算値は、電子ビー
ムの焦点があっていないために必ずしも大きくない。
【0017】このような問題点を解決するため本発
は、図3に示すような励磁電流が励磁電源16から対
物レンズ3に供給される。すなわち、第1回目の試料走
査期間には、図3(a)に示すような垂直走査信号に同
期した励磁電流iが供給されるが、第2回目の試料走査
期間には、図3(b)に示すような図3(a)のステッ
プ状の励磁電流に対してオフセット電流Ioが重畳さ
れた励磁電流が供給される。
【0018】次に、第3回目の試料走査期間には、図3
(c)に示すような図3(a)のステップ状の励磁電流
に対してオフセット電流2Ioが重畳されたステップ
状の励磁電流が供給される。このようにして、垂直走査
信号に同期してステップ状に変化する励磁電流iに対し
てオフセット電流I0〜In (I m =m・Io)が重畳さ
れ、n+1回の試料走査が実行される。
【0019】このような走査により、例えば、I m
i,I m+1 +i,I m+2 +iでそれぞれ画面のkステッ
プライン、(k1)ステップライン、(k2)ステ
ップラインで焦点があった(このようなケースは、一例
として、図2(b)における凹凸部分Qがk〜k−2の
走査線3ライン分に跨って存在しているときに生じる。
具体的に言えば、オフセット電流I m を重畳した場合の
kステップラインでの励磁電流と、オフセット電流I
m+1 を重畳した場合のk−1ステップラインでの励磁電
流と、オフセット電流I m+2 を重畳した場合のk−2ス
テップラインでの励磁電流とを用いた走査時にのみ、焦
点が合っていてかつ試料表面に凹凸があるから、図2
(c)と同様に積算値にピークが現れることになる)と
すれば、そのときの各ステップラインでの集束レンズへ
の供給電流(最適焦点位置を与える励磁電流:この例で
は、3つ)を見出し、これらを平均化し、その平均化し
た電流値を集束レンズに設定すべき合焦点電流値(最終
の最適焦点位置を与える励磁電流)とする。このような
処理をすることにより、試料の走査領域の一部にしか凹
凸部分がなく、大部分の試料表面が滑らかであっても、
焦点合わせを正確に行うことかできる。また、この実施
例では、複数回の合焦点電流値を平均化しているので、
SN比も向上させることができる。
【0020】以上本発明の一実施例を詳述したが、本発
明はこの実施例に限定されない。例えば、2次電子を検
出したが、反射電子を検出してもよい。また、実施例で
は、走査電子顕微鏡を例に説明したが、イオンビームを
用いた装置などにも本発明を適用することかできる。更
に、焦点合わせ動作の際に対物レンズの励磁を変化させ
たが、対物レンズの補助レンズを設け、補助レンズの励
磁を変化させるようにしてもよい。更にまた、電粒子ビ
ームの集束状態は連続的に変化させればよく、前記実施
例のようにステップ状に変化さてもよいし、リニアに変
化させるようにしてもよい。
【0021】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
簡単に、高い精度で焦点合わせを行うことができるだけ
でなく、試料の走査領域の一部にしか凹凸部分がなく、
大部分の試料表面が滑らかな場合であっても、オフセッ
ト値を変化させていく過程で、凹凸部分に焦点を合わせ
ることができ、焦点の焦点合わせを正確に行うことかで
きる。また、本発明では、複数回の合焦点電流値を平均
化しているので、SN比も向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施するための走査電子顕微鏡
の一例を示す図である。
【図2】本発明の方法を説明するための図である。
【図3】本発明の方法における対物レンズへの励磁電流
を示す図である。
【符号の説明】
1 電子銃 2 集束レンズ 3 対物レンズ 4 試料 5 偏向コイル 6 検出器 7 増幅器 9 陰極線管 12 AD変換器 13 メモリー

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 荷電粒子ビームを試料上に集束するため
    の集束レンズと、試料上の荷電粒子ビームの照射位置を
    走査するための走査手段と、試料への荷電粒子ビームの
    照射によって得られた信号を検出する検出器と、試料上
    の荷電粒子ビームの集束状態を変化させる手段とを備え
    た荷電粒子ビーム装置において、 荷電粒子ビームの集束状態を垂直走査信号に同期して連
    続的に変化させ、この荷電粒子ビームの照射によって得
    られた信号を検出器に検出させる第1の走査ステップ
    と、 前記集束状態の連続的変化をオフセットを持たせて行
    い、このオフセット時での荷電粒子ビームの照射によっ
    て得られた信号を検出器に検出させることを、複数のオ
    フセット値についてそれぞれ行う第2の走査ステップ
    と、 第1の走査ステップで検出した検出信号を荷電粒子ビー
    ムの各集束状態ごとに積算し、各集束状態での積算値か
    ら最適焦点位置を求める第1の焦点位置検出ステップ
    と、 第2の走査ステップで検出した各オフセット値での検出
    信号を各集束状態ごとに積算し、各オフセット値におけ
    る各集束状態での積算値から、各オフセット値での最適
    焦点位置を求める第2の焦点位置検出ステップと、 第1及び第2の焦点位置検出ステップにて得られた最適
    焦点位置から最終の最適焦点位置を求め、この最終の最
    適焦点位置に集束レンズを設定する集束レンズ設定ステ
    ップと、 を有することを特徴とする 荷電粒子ビーム装置における
    焦点合わせ方法。
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JP5347496B2 (ja) * 2008-12-26 2013-11-20 富士通株式会社 電磁レンズにおける色収差係数測定方法及び走査透過電子顕微鏡
JP5471004B2 (ja) * 2009-04-22 2014-04-16 カシオ計算機株式会社 焦点調整装置、焦点調整方法及びプログラム

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