JP3959063B2 - Alignment method and apparatus for charged particle beam column - Google Patents

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Description

発明の分野Field of Invention

本発明は、一般には荷電粒子カラムに関し、より詳細には荷電粒子ビームカラムをアライメントするための画像を生成する方法および装置に関する。より詳細には、本発明は荷電粒子のビームの自動アライメントと、収差の自動補正に関する。   The present invention relates generally to charged particle columns, and more particularly to a method and apparatus for generating an image for aligning a charged particle beam column. More particularly, the present invention relates to automatic alignment of charged particle beams and automatic correction of aberrations.

発明の背景Background of the Invention

試料をナノメートルスケール以内で構築および探査するために、産業界ではマイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクスおよびバイオテクノロジなどの技術の需要が高まっている。このような小さなスケールでの探査または構築は、しばしば電子ビームを用いて行われるが、電子ビームは、電子顕微鏡や電子ビームパターン発生器などの荷電粒子ビーム装置において発生および集束される。荷電粒子ビームは波長が短いために、例えば光子ビームなどに比べて優れた空間解像度を与える。   In order to construct and explore samples within the nanometer scale, there is an increasing demand in the industry for technologies such as microelectronics, micromechanics and biotechnology. Exploration or construction on such a small scale is often done using an electron beam, which is generated and focused in a charged particle beam device such as an electron microscope or an electron beam pattern generator. Since the charged particle beam has a short wavelength, it provides superior spatial resolution compared to, for example, a photon beam.

しかしながら、例えば0.01nm未満などの波長に基づいて達成されうる空間解像度は、荷電粒子のビームの固有の収差とミスアライメントによる制限をうけ、その結果、解像度が低下する。   However, the spatial resolution that can be achieved based on wavelengths such as, for example, less than 0.01 nm is limited by the inherent aberrations and misalignment of the beam of charged particles, resulting in reduced resolution.

例えば、走査電子顕微鏡(SEM)において、ビームは10nm前後の大きさの小さなスポット上に集束される。試料の上方からビームによる走査が行われる。したがって、得られる画像の解像度は、試料表面の平面内のビーム径による制限を受ける。   For example, in a scanning electron microscope (SEM), the beam is focused on a small spot around 10 nm in size. Scanning with a beam is performed from above the sample. Therefore, the resolution of the obtained image is limited by the beam diameter in the plane of the sample surface.

ビーム径は、例えば、ビームのアライメントとは無関係であるが、電子ビームのエネルギ分散に依存する色収差などの収差によって制限されることもある。更に、結像レンズの絞りがゼロでないときに発生する球面収差もある。しかしながら、個々の結合要素の光軸に関するビームのミスアライメントによって収差が悪化したり、収差が導入されることもある。したがって、解像度ひいては画質を最適化するための最も重要なパラメータの1つが、光学カラムのアライメントである。高い空間解像度を達成するには、歪みが非常に小さくなければいけないので、個々の光学要素に対して定期的にビームのアライメントを行う必要がある。   The beam diameter is independent of the alignment of the beam, for example, but may be limited by aberrations such as chromatic aberration depending on the energy dispersion of the electron beam. Furthermore, there is also spherical aberration that occurs when the aperture of the imaging lens is not zero. However, aberrations may be worsened or introduced by beam misalignment with respect to the optical axis of the individual coupling elements. Therefore, one of the most important parameters for optimizing the resolution and thus the image quality is the alignment of the optical column. In order to achieve a high spatial resolution, the distortion must be very small, so it is necessary to periodically align the beam with respect to the individual optical elements.

従来、操作者が荷電粒子カラムのアライメントを実施する必要があった。したがって、操作者は、測定した画像に基づいてアライメント補正装置に与えられる各信号を調節する。この手法の1つの欠点は、その判断が操作者にゆだねられていることである。したがって、不正確さと操作者による差異が生じる。更に、手動調整には時間がかかり、特に高い装置処理能力を必要とするオンライン検査装置に対してはこれが欠点となっている。   Conventionally, an operator has to perform alignment of a charged particle column. Therefore, the operator adjusts each signal given to the alignment correction device based on the measured image. One drawback of this approach is that the decision is left to the operator. Therefore, inaccuracies and differences due to the operator arise. Furthermore, manual adjustment is time consuming and this is a disadvantage for on-line inspection equipment that requires particularly high equipment throughput.

米国特許第5,627,373号には、走査電子顕微鏡において、電子ビーム軸を自動的に対物レンズにアライメントするための方法が記載されている。したがって、対物レンズの集束範囲の第1および第2の点における試料の画像が測定される。それぞれの画像に対して、顕微鏡の視野内の直定規の位置の指示信号が発生される。画像の横移動を上記2つの信号から検出し、自動的にアライメントを調整した後、直行方向に対してこの手順を繰り返す。ミスアライメントによって起こる画像シフトが所定の閾値未満になるまで、完全な操作手順を繰り返す。   US Pat. No. 5,627,373 describes a method for automatically aligning an electron beam axis with an objective lens in a scanning electron microscope. Accordingly, an image of the sample at the first and second points in the focusing range of the objective lens is measured. For each image, an indication signal for the position of the straight ruler in the field of view of the microscope is generated. After detecting the lateral movement of the image from the two signals and automatically adjusting the alignment, this procedure is repeated in the orthogonal direction. The complete operating procedure is repeated until the image shift caused by misalignment is below a predetermined threshold.

更に、走査電子顕微鏡において電子ビーム非点収差を自動的に補正するための方法が米国特許第5,627,373号に示唆されている。非点収差補正に対しては、試料全周にわたり30度間隔で境界部分がサンプリングされる。ビーム歪みの軸は、試料間での鮮鋭度を示す指示信号に基づいて特定される。歪みは、反復するうちに、このような軸に沿って調整されて改良される。   Further, a method for automatically correcting electron beam astigmatism in a scanning electron microscope is suggested in US Pat. No. 5,627,373. For astigmatism correction, boundary portions are sampled at intervals of 30 degrees around the entire circumference of the sample. The axis of the beam distortion is specified based on an instruction signal indicating the sharpness between samples. Distortion is adjusted and improved along these axes over time.

米国特許第6,025,600号は、荷電粒子ビーム装置における非点収差誤差の計算および補正方法を教示している。荷電粒子装置の対物レンズの設定を一掃する間(during a single sweep)に画像が収集される。異なる方向の画像の特徴、例えば、非点補正標的内の直線が解析される。最適な鮮鋭度または最良の焦点値は、対物レンズ設定の関数として得られる。非点収差補正装置の設定に対する適当な変更は、異なる方向の画像特徴に伴う最適な鮮鋭度値の直線的な組合せを取り込むことによって算出される。   US Pat. No. 6,025,600 teaches a method for calculating and correcting astigmatism errors in charged particle beam devices. Images are collected during the cleaning of the objective lens setting of the charged particle device. Image features in different directions, such as straight lines within the astigmatism correction target, are analyzed. Optimal sharpness or best focus value is obtained as a function of objective setting. Appropriate changes to the settings of the astigmatism correction device are calculated by taking in a linear combination of optimal sharpness values associated with image features in different directions.

米国特許第6,067,167号には、走査電子顕微鏡などの電子光学装置内の電子光学系の自動調整を実現するためのスキームが記載されており、このスキームにおいて、対物レンズの屈折率が変化するために連続的に調整される焦点において、電子光学装置によって連続的に得られる所定数の画像を保存する。試料画像の移動量を計算する。したがって、算出された移動量に基づいて調整が必要か否かが判定され、もし必要であれば調整が行われる。更に、走査電子顕微鏡などの電子光学装置の荷電粒子ビーム光学系において非点収差補正を実現するためのスキームについても開示されている。   US Pat. No. 6,067,167 describes a scheme for realizing automatic adjustment of an electron optical system in an electron optical device such as a scanning electron microscope, in which the refractive index of the objective lens is A predetermined number of images continuously obtained by an electro-optical device are stored at a focus that is continuously adjusted to change. The amount of movement of the sample image is calculated. Therefore, it is determined whether or not adjustment is necessary based on the calculated movement amount, and adjustment is performed if necessary. Furthermore, a scheme for realizing astigmatism correction in a charged particle beam optical system of an electron optical device such as a scanning electron microscope is also disclosed.

しかしながら、荷電粒子ビームカラムのアライメントに関しては更なる問題があり、従来の技術において与えられた改良には、特にオンライン検査装置またはオンラインビームライターを考慮した場合には更なる完璧性が求められる。   However, there are additional problems associated with the alignment of charged particle beam columns, and the improvements provided in the prior art require further completeness, especially when considering on-line inspection equipment or on-line beam writers.

発明の概要Summary of the Invention

本発明は、上記の問題のいくつかを克服することを意図している。本発明の1つの態様に従えば、独立請求項1に記載のような荷電粒子ビームカラムのアライメントのための迅速な画像生成方法、ならびに、独立請求項32に記載のような荷電粒子ビーム装置が提供される。   The present invention is intended to overcome some of the problems described above. According to one aspect of the present invention, there is provided a rapid image generation method for alignment of a charged particle beam column as defined in independent claim 1, and a charged particle beam apparatus as defined in independent claim 32. Provided.

本発明の更なる利点、特徴、態様および詳細については、従属請求項、明細書および添付の図面から明らかである。   Further advantages, features, aspects and details of the invention are apparent from the dependent claims, the description and the attached drawings.

本発明に従えば、カラムの迅速かつ効率的な自動アライメントを行うことができるという利点がある。したがって、各ウェハまたはウェハの各部位に対しても、荷電粒子のビームのアライメントを行うことができる。したがって、上述の従来技術に関する欠点を克服することができる。例えば、従来技術の範囲では、それぞれのミスアライメントを反復して調整することが示唆されている。したがって、荷電粒子のビームを自動的に調整する場合でも、装置を調整する操作者の行為が模倣される。操作者の反復手順の模倣によって、アライメント時間をある程度改善することができるかもしれないが、荷電粒子装置を調整するのに必要な時間は、まだ5〜10秒の範囲である。このことは、従来技術において、対物レンズの電流の変化により焦点を変えることが教示されていることから、特に当てはまる。しかしながら、対物レンズは、磁気または磁気静電気レンズの形態で構築されることが多い。したがって、コイルの自己インダクタンスが、焦点の迅速な変化を阻害し、荷電粒子のビームの調整に必要な時間を更に改善することに限界を与えてしまう。   According to the present invention, there is an advantage that rapid and efficient automatic alignment of the column can be performed. Therefore, the alignment of the charged particle beam can be performed for each wafer or each part of the wafer. Therefore, the above-mentioned drawbacks related to the prior art can be overcome. For example, in the prior art, it has been suggested to adjust each misalignment repeatedly. Therefore, even when the beam of charged particles is automatically adjusted, an operator's action of adjusting the apparatus is imitated. Although imitation of the operator's iterative procedure may improve the alignment time to some extent, the time required to adjust the charged particle device is still in the range of 5-10 seconds. This is particularly true because the prior art teaches changing the focus by changing the current in the objective lens. However, objective lenses are often constructed in the form of magnetic or magnetic electrostatic lenses. Thus, the self-inductance of the coil impedes the rapid change of focus and limits the further time needed to adjust the beam of charged particles.

本発明の更なる態様に従えば、荷電粒子カラムの撮影品質を自動的に最適化するために用いられる画像の生成方法が提供される。この方法は、荷電粒子のビームに影響を与える電位を変えることにより、対物レンズ内に色収差を導入し、焦点の変化をもたらすステップと、ビームのデフォーカス中に一セットの画像を作成するステップとを含んでいる。   According to a further aspect of the present invention, there is provided a method for generating an image that is used to automatically optimize the imaging quality of a charged particle column. The method introduces chromatic aberration in the objective lens by changing the potential affecting the beam of charged particles, resulting in a change in focus, and creating a set of images during beam defocusing. Is included.

前述したように、ビームエネルギに影響を及ぼす電位を用いて、導入された色収差によって荷電粒子のビームをデフォーカスすることにより、アライメント時間を短縮することができる。本方法の内容における色収差を導入は、色収差を変更するものと考える。したがって、導入された色収差の変化に基づいて焦点距離を変える。   As described above, the alignment time can be shortened by defocusing the beam of charged particles by the introduced chromatic aberration using a potential that affects the beam energy. The introduction of chromatic aberration in the content of the method is considered to change the chromatic aberration. Therefore, the focal length is changed based on the change of the introduced chromatic aberration.

好ましくは、荷電粒子ビームを、測定された画像シフトに基づいて光軸に関してデフォーカスおよびアライメントすることによって起こる画像の横移動を測定するステップが含まれる。   Preferably, measuring the lateral movement of the image caused by defocusing and aligning the charged particle beam with respect to the optical axis based on the measured image shift is included.

本発明に従って更なるステップを行うことが有益である。上記画像セットの鮮鋭度を評価して、所望の焦点に対応するビームエネルギを求める。このように、ビームエネルギを所望の値に設定することにより、試料の表面に関する焦点を自動的に調整することができる。   It is beneficial to carry out further steps according to the invention. The sharpness of the image set is evaluated to determine the beam energy corresponding to the desired focus. Thus, by setting the beam energy to a desired value, it is possible to automatically adjust the focus on the surface of the sample.

更に、上記画像セットの鮮鋭度を少なくとも2つの異なる方向に関して評価して、ビーム歪みを補正する非点補正装置ための少なくとも1つの補正信号を求め、ビーム歪みを補正することが好ましい。   Furthermore, it is preferred to correct the beam distortion by evaluating the sharpness of the image set in at least two different directions to obtain at least one correction signal for an astigmatism correction device for correcting the beam distortion.

上記2つの利点に従えば、撮影された一セットの画像を用いて撮影品質を最適化するいくつかのパラメータを調整するために、上記画像セットを用いることができる。このように、測定時間に加えて、計算のための時間を考慮して、荷電粒子のビームを約0.5〜1秒内にアライメントすることができる。したがって、オートフォーカシング、および少なくとも自動アライメントを、光軸に関してすべてのウェハのあらゆる部位に対して容易に実施することができ、定常的な撮影条件を得ることができる。   According to the above two advantages, the set of images can be used to adjust several parameters that optimize the shooting quality using a set of shot images. In this way, the charged particle beam can be aligned within about 0.5-1 second, taking into account the time for calculation in addition to the measurement time. Therefore, autofocusing and at least automatic alignment can be easily performed on all parts of all wafers with respect to the optical axis, and steady imaging conditions can be obtained.

本発明の好ましい態様に従えば、光軸に関する荷電粒子のビームをシフトする感度を少なくとも1回は較正し、較正は、較正中に生成される少なくとも1セットの画像の画像シフトに基づいて行われる。   According to a preferred embodiment of the invention, the sensitivity of shifting the beam of charged particles with respect to the optical axis is calibrated at least once, and the calibration is performed based on an image shift of at least one set of images generated during calibration. .

更に、少なくとも1回、荷電粒子のビームのビーム歪みを補正する感度を較正することが好ましく、較正は、較正中に生成される少なくとも1セットの画像の鮮鋭度の評価に基づいて行われる。   Furthermore, it is preferred to calibrate the sensitivity to correct the beam distortion of the beam of charged particles at least once, and the calibration is based on an assessment of the sharpness of at least one set of images generated during calibration.

光軸に関してビームの位置をアライメントし、ビームの歪みを補正するすべての手順は、2方向で行うと有益である。上記手順を2つの方向に関して独立して使用することが更に好ましい。これによれば、2方向が実質的に直交するか、あるいは45°の角度をなす場合に有益である。   All procedures that align the position of the beam with respect to the optical axis and correct beam distortion are beneficial in two directions. More preferably, the above procedure is used independently for the two directions. This is useful when the two directions are substantially orthogonal or at an angle of 45 °.

本発明の更なる態様に従えば、荷電粒子ビームカラムをアライメントするための画像自動生成方法が提供され、該方法は、荷電粒子のビームのエネルギの変化によって色収差を導入することにより焦点の変化を得るステップと、荷電粒子のビームのエネルギを変化させながら画像セットを生成するステップと、上記画像セットの鮮鋭度を少なくとも2つの異なる方向において評価するステップと、補正信号を非点補正装置に与えてビーム歪みを補正させるステップとを含む。   In accordance with a further aspect of the present invention, an automatic image generation method for aligning a charged particle beam column is provided, which method introduces a change in focus by introducing chromatic aberration by changing the energy of the charged particle beam. Obtaining an image set while varying the energy of the beam of charged particles, evaluating the sharpness of the image set in at least two different directions, and providing a correction signal to the astigmatism correction device. Correcting beam distortion.

本発明の更なる態様に従えば、荷電粒子ビームカラムをアライメントするための画像の自動生成方法が提供され、該方法は、荷電粒子のビームのエネルギの変化によって色収差を導入することにより焦点の変化を得るステップと、荷電粒子のビームのエネルギを変化させながら画像セットを生成するステップと、画像シフトを測定するステップと、測定された画像シフトに基づいて、荷電粒子のビームの光軸に関する位置を補正するステップとを含む。   According to a further aspect of the invention, there is provided an automatic image generation method for aligning a charged particle beam column, the method comprising changing the focus by introducing chromatic aberration by changing the energy of the charged particle beam. Obtaining an image set while changing the energy of the charged particle beam, measuring the image shift, and determining the position of the charged particle beam with respect to the optical axis based on the measured image shift. Correcting.

本発明の更なる態様に従えば、荷電粒子ビームカラムの光軸に、荷電粒子ビームを自動的にアライメントするための方法も提供され、該方法は、対物レンズ内の荷電粒子のビームのエネルギに影響する電位の変化によって、色収差を導入するステップと、荷電粒子のビームのエネルギを変化させながら、試料上を荷電粒子ビームで走査して、画像セットを生成するステップと、画像セットの少なくとも2つの異なる画像間の画像シフトを測定するステップと、画像シフトに基づいて補正信号を計算するステップと、補正信号を偏向部に与えて、ビームを光軸にアライメントするステップとを含む。   According to a further aspect of the present invention, there is also provided a method for automatically aligning a charged particle beam with the optical axis of a charged particle beam column, the method comprising measuring the energy of the charged particle beam in the objective lens. At least two of the steps: introducing chromatic aberration according to a change in potential to affect; scanning the sample with a charged particle beam while changing the energy of the beam of charged particles; generating an image set; Measuring an image shift between different images; calculating a correction signal based on the image shift; and applying the correction signal to the deflecting unit to align the beam with the optical axis.

本発明は、上記開示の方法を実施するための装置であって、記載の方法ステップのそれぞれを実施するための装置部分を含む装置にも関する。上記方法ステップは、ハードウェア要素によって実施してもよいし、あるいは適当なソフトウェアによるコンピュータプログラムによって実施してもよいし、あるいは、上記2つの任意の組み合わせで実施してもよいし、あるいは他の任意の様式で実施してもよい。更に、本発明は、記載の装置の操作方法にも関する。これには、本装置のあらゆる機能を実施するための方法ステップが含まれる。   The invention also relates to an apparatus for carrying out the above disclosed method, comprising an apparatus portion for carrying out each of the described method steps. The above method steps may be performed by hardware elements, or may be performed by a computer program with appropriate software, or any combination of the two, or other It may be carried out in any manner. The invention further relates to a method of operating the described device. This includes method steps for performing all functions of the apparatus.

好ましい実施形態の説明)Description of preferred embodiments)

本発明の上記および他のより詳細な態様のいくつかについて、以下の説明において記載し、図面を参照して部分的に図示する。   Some of the above and other more detailed aspects of the invention are described in the following description and partially illustrated with reference to the drawings.

まず最初に、当業者は本発明があらゆる荷電粒子装置とともに使用できることを認識すべきである。しかしながら、本発明は便宜上、走査電子顕微鏡(SEM)における実施に関して説明する。当業者は、本文中で電圧および電位に関するすべての検討が、絶対的ではなく相対的に言及されていることを認識すべきである。例えば、陰極を「アース」に接続することによってビームを加速して、試料に3kVを印加することは、陰極に−3kVを印加して、試料をアースに配置することと等価である。したがって、便宜上、いくつかの検討は具体的な電圧に換算して提供されているが、基準は相対電位であると理解すべきである。   First of all, one skilled in the art should recognize that the present invention can be used with any charged particle device. However, for convenience, the present invention will be described with respect to implementation in a scanning electron microscope (SEM). One skilled in the art should recognize that all considerations relating to voltage and potential are referred to in this text relative rather than absolute. For example, accelerating the beam by connecting the cathode to “earth” and applying 3 kV to the sample is equivalent to applying −3 kV to the cathode and placing the sample on ground. Thus, for convenience, some discussion is provided in terms of specific voltages, but it should be understood that the reference is relative potential.

電子顕微鏡のブロック図が図1に概略的に示されている。電子顕微鏡100は、陽極104によって抽出された電子ビーム101を放出する電子銃103を含む。対物レンズ112は、試料表面105a上に電子ビームを集束する。全視野から画像を得るためには、ビームによって走査偏向部102を用いて試料上を走査する。絞り106または光軸113に対するビームのアリメントはそれぞれ、偏向部108および111によって達成することができる。偏向部コイルとして、荷電プレートの形態または、コイルと静電偏向器の組み合わせの形態としての静電モジュールを用いることができる。後方散乱電子または二次電子を検出器16で検出し、検出信号を電子ビームの走査と同期化することにより、走査電子顕微鏡(SEM)内に画像が形成される。このように、測定の間、測定データを生成することにより、画像または1つまたはいくつかのフレームが生成される。一般に、データは少なくとも中間またはバッファメモリ内に格納され、更なるステップにおいて評価されることになる。また、画像を任意の適当な記憶装置上に格納しておいて、いくつかの、あるいは全ての画像が生成された後に評価するようにしてもよい。適当な記憶装置としては、例えば、ハードディスク、永久記録装置またはRAMが挙げられる。   A block diagram of the electron microscope is schematically shown in FIG. The electron microscope 100 includes an electron gun 103 that emits an electron beam 101 extracted by an anode 104. The objective lens 112 focuses the electron beam on the sample surface 105a. In order to obtain an image from the entire field of view, the beam is scanned on the sample using the scanning deflection unit 102. Beam alignment with respect to the aperture 106 or the optical axis 113 can be achieved by deflectors 108 and 111, respectively. As the deflection unit coil, an electrostatic module in the form of a charged plate or a combination of a coil and an electrostatic deflector can be used. An image is formed in a scanning electron microscope (SEM) by detecting backscattered electrons or secondary electrons with the detector 16 and synchronizing the detection signal with scanning of the electron beam. Thus, during the measurement, the measurement data is generated to generate an image or one or several frames. In general, data is stored at least in intermediate or buffer memory and will be evaluated in further steps. Alternatively, the images may be stored on any suitable storage device and evaluated after some or all of the images are generated. Suitable storage devices include, for example, a hard disk, a permanent recording device, or a RAM.

試料の検査または画像形成にとって大きな重要性をもつ第2の製品は、比較的低エネルギ(3〜50eV)で様々な角度において、試料105から逸脱した二次電子である。これらの二次電子は検出器16に到達し、検出される。試料105上の電子ビーム101を走査し、検出器16の出力を表示/記録することにより、試料105aの表面の画像が形成される。   A second product of great importance for sample inspection or imaging is secondary electrons that deviate from the sample 105 at various angles at relatively low energy (3-50 eV). These secondary electrons reach the detector 16 and are detected. By scanning the electron beam 101 on the sample 105 and displaying / recording the output of the detector 16, an image of the surface of the sample 105a is formed.

装置の様々な部分は、対応する供給装置、高電圧供給装置21、銃アライメント偏向制御装置22、絞りアライメント偏向制御装置23、走査コイル供給装置27、対物レンズ供給装置24、非点補正装置制御(および電流供給)装置28、試料電圧供給装置25および試料台供給装置26に接続されており、これらはパラメータ調整装置31によって制御されている。パラメータ調整装置31は、標準設定装置35と、パラメータ調整装置31に基本のパラメータセットを提供する分析および/または同期化制御装置32とに接続されている。   Various parts of the apparatus include a corresponding supply device, high voltage supply device 21, gun alignment deflection control device 22, aperture alignment deflection control device 23, scanning coil supply device 27, objective lens supply device 24, astigmatism correction device control ( And a current supply) device 28, a sample voltage supply device 25, and a sample stage supply device 26, which are controlled by a parameter adjusting device 31. The parameter adjustment device 31 is connected to a standard setting device 35 and an analysis and / or synchronization control device 32 that provides the parameter adjustment device 31 with a basic parameter set.

本願において、「荷電粒子ビームカラム」という表現は、荷電粒子のビームがアライメントされるあらゆる種類の装置のことを指す。電子顕微鏡、電子ビーム書込装置、またはイオンを用いる相応の装置などである。本願において用いる「絞り」は、ビーム規定絞りであってもよいし、あるいは、別個の異なる真空チャンバに統合された絞りであってもよい。しかしながら、好ましくは、絞りという表現は、荷電粒子ビームカラムの最終絞りのことをいう。例えば特定の実施形態において、特に断りのない限り、ビーム偏向フィールドおよびビーム偏向部は、静電的、磁気的または磁気静電的なものであるとする。そのような装置は、バイアスプレート、コイルまたはそれらの組み合わせの形態で実現することができる。試料からの分散または二次微粒子の測定は、光増幅管などに接続されたシンチレータの形態の検出器を用いて実施することができる。信号の測定方法は、一般に本発明の理念に影響しないので、このことが本発明を限定することはない。   In this application, the expression “charged particle beam column” refers to any kind of apparatus in which a beam of charged particles is aligned. An electron microscope, an electron beam writing device, or a corresponding device using ions. The “aperture” used in the present application may be a beam-defining aperture or may be an aperture integrated in a separate and different vacuum chamber. Preferably, however, the expression aperture refers to the final aperture of the charged particle beam column. For example, in certain embodiments, unless otherwise noted, the beam deflection field and beam deflection section are assumed to be electrostatic, magnetic or magneto-electrostatic. Such a device can be realized in the form of a bias plate, a coil or a combination thereof. Measurement of dispersion from the sample or secondary fine particles can be performed using a detector in the form of a scintillator connected to an optical amplifier tube or the like. This does not limit the present invention as the signal measurement method generally does not affect the philosophy of the present invention.

更に、本願において、フレームという語は、荷電粒子ビーム装置の視野の1回の走査として用いられる。これによって、画像が得られる。しかしながら、一般に画像は、例えば、2つ以上のフレームを平均することによって得ることができる。更に、フィルタ機能などを用いて最終画像を得るようにしてもよい。   Further, in this application, the term frame is used as a single scan of the field of view of the charged particle beam device. As a result, an image is obtained. In general, however, an image can be obtained, for example, by averaging two or more frames. Further, a final image may be obtained using a filter function or the like.

更に、本願において、荷電粒子のビームのエネルギの変更には、対物レンズ内での荷電粒子の速度に影響を与える、荷電粒子ビームカラム内のあらゆる電位、または荷電粒子が試料に与えるエネルギのあらゆる変更が含まれる。このようにして、銃内の加速電圧を変更することができる。更に、ビームのエネルギも、対物レンズの集光特性に影響を与える他の任意の電位、例えば、絞り電位、試料電位またはビームブースト電位などを変えることによって変更することができる。本願におけるビームのエネルギの変化は、オペレータ支援アライメントから知られるような、レンズ電流を用いた、周期的デフォーカシングのために用いられる表現と類似した、「首振り(wobble)」または「首振り運動(wobbling)」とも呼ばれる。   Further, in the present application, changing the energy of the charged particle beam includes changing any potential in the charged particle beam column or the energy that the charged particle gives to the sample, which affects the velocity of the charged particles in the objective lens. Is included. In this way, the acceleration voltage in the gun can be changed. Furthermore, the energy of the beam can also be changed by changing any other potential that affects the focusing characteristics of the objective lens, such as an aperture potential, a sample potential or a beam boost potential. The change in beam energy in this application is similar to the expression used for periodic defocusing using lens current, as known from operator-assisted alignment, "wobble" or "swing motion" (Wobbling) ".

更に、本願において、「評価する」という用語は、例えば、コンピュータによって用いられるアルゴリズムの計算のこともさす。   Further, in this application, the term “evaluate” also refers to the calculation of an algorithm used by a computer, for example.

したがって、絞りアライメント偏向部110および111は、電子ビーム101を光軸113にアライメントするために用いられる。「絞りアライメント」という表現を用いるのは、絞りを代替的に機械的に移動させて、電子ビーム101を光軸にアライメントできるからである。本願中に記載する実施形態に対して、2つの偏向部110および111が用いられる。したがって、第1の偏向部110によって導入されるビーム傾斜は、第2の偏向部111において補正することができる。この2重の偏向装置によって、電子ビームは、光軸に関して電子ビームのビーム傾斜を導入することなく一方向にシフトさせることができる。このようにしてビームを光軸上にシフトすることができる。図1は一方向に対するこの偏向装置を示す。電子ビームは、図1に示されるように、x方向に関して光軸上にシフトされる。   Therefore, the aperture alignment deflection units 110 and 111 are used to align the electron beam 101 with the optical axis 113. The expression “aperture alignment” is used because the electron beam 101 can be aligned with the optical axis by mechanically moving the aperture instead. For the embodiments described herein, two deflectors 110 and 111 are used. Therefore, the beam tilt introduced by the first deflection unit 110 can be corrected by the second deflection unit 111. With this double deflection device, the electron beam can be shifted in one direction without introducing a beam tilt of the electron beam with respect to the optical axis. In this way, the beam can be shifted on the optical axis. FIG. 1 shows this deflection device for one direction. The electron beam is shifted on the optical axis with respect to the x direction, as shown in FIG.

本発明は、光軸に電子ビームをアライメントすることに関して二次元ビームシフトであると理解されたい。このように、上述のアライメントを第2の方向において行うと有益である。xおよびyの両方向を調整することにより、電子ビームは光軸にアライメントされる。この第2の方向は、少なくとも第1の方向とは異なる。第2の方向は好ましくは第1の方向と直交する。このように、x方向のアライメント手順をy方向においても行うことが好ましい。2方向が独立しているため、ビーム傾斜を考慮しない限り、アライメントステップを互いに独立して行うことができる。y方向のアライメントに対しては、第3および第4のアライメント偏向部を、第2の方向に対応する偏向が実現できるように配置すると有益である。   It should be understood that the present invention is a two-dimensional beam shift with respect to aligning the electron beam to the optical axis. Thus, it is beneficial to perform the alignment described above in the second direction. By adjusting both the x and y directions, the electron beam is aligned with the optical axis. This second direction is at least different from the first direction. The second direction is preferably orthogonal to the first direction. Thus, it is preferable to perform the alignment procedure in the x direction also in the y direction. Since the two directions are independent, the alignment steps can be performed independently of each other unless beam tilt is taken into account. For the alignment in the y direction, it is advantageous to arrange the third and fourth alignment deflectors so that the deflection corresponding to the second direction can be realized.

図1に示される電子顕微鏡100によって電子ビーム101をアライメントするための一実施形態を、図2aおよび図2bに関して説明する。対物レンズ112は、電子ビーム101を試料上に集束させる。電子ビーム101は、絞りおよび集光レンズによって予め形成されたものである。対物レンズ112は、主として解像度を制限する最終スポットサイズを達成する役割を果たすので、ビームは対物レンズに正確にアライメントされなければならない。一般に、対物レンズが光軸を規定する。   One embodiment for aligning the electron beam 101 with the electron microscope 100 shown in FIG. 1 will be described with respect to FIGS. 2a and 2b. The objective lens 112 focuses the electron beam 101 on the sample. The electron beam 101 is previously formed by a diaphragm and a condenser lens. Since the objective lens 112 serves primarily to achieve a final spot size that limits resolution, the beam must be accurately aligned with the objective lens. In general, the objective lens defines the optical axis.

ビームが正確にアライメントされているか否かの原理については、図2aに関連してよりよく理解されるであろう。左側には、光軸113に関して対照的にアライメントされた電子ビーム101aの輪郭が描かれている。デフォーカシングが故意に誘導された場合には、焦点は試料の面と垂直な方向に移動する。デフォーカシング中に測定を行った場合、得られるそれぞれの画像の印象は以下の通りである。画像の特徴が焦点を合わせて、および焦点を外して描かれることになる。しかしながら、電子ビーム101aの焦点が試料表面に垂直な方向にのみ変化することから、画像が横移動されることはない。画像のブレまたは対応する画像の特徴だけが見られる。以下でより詳細に説明する鮮鋭度の評価に基づいて、最良の撮影結果を与える焦点を算出することができる。   The principle of whether the beam is correctly aligned will be better understood in connection with FIG. 2a. On the left side, the contour of the electron beam 101a aligned in contrast to the optical axis 113 is drawn. If defocusing is deliberately induced, the focal point moves in a direction perpendicular to the sample plane. When measurement is performed during defocusing, the impression of each obtained image is as follows. Image features will be drawn in and out of focus. However, since the focus of the electron beam 101a changes only in the direction perpendicular to the sample surface, the image is not laterally moved. Only image blurring or corresponding image features are visible. Based on the sharpness evaluation described in more detail below, the focus that gives the best imaging results can be calculated.

一方、図2aの右側の電子ビーム101bに対して示したように、ビームのアライメントが良好でない場合、焦点は試料表面に垂直な方向に移動するだけだなく、表面に平行な方向にも移動する。したがって、連続画像の場合、画像のブレまたは特徴に加えて、画像の横移動/シフトも見られる。このことについて図2bに更に示す。視野501内でうまく焦点の合った画像の特徴502が、図5aの焦点条件に対応する。焦点503bへのデフォーカシングが実現されている場合、画像特徴は視野に関してシフトし、デフォーカシングのためにぶれてしまう。このように、画像特徴は、例えば502bと同様に見える。一方、503cに従う焦点の場合、画像特徴は502cに対して示したのと反対方向に横移動される。この場合も、ブレに加えてこの横移動が起こる。   On the other hand, as shown for the electron beam 101b on the right side of FIG. 2a, when the beam alignment is not good, the focal point moves not only in the direction perpendicular to the sample surface but also in the direction parallel to the surface. . Thus, in the case of a continuous image, in addition to image blur or feature, lateral movement / shift of the image is also seen. This is further illustrated in FIG. A well-focused image feature 502 within the field of view 501 corresponds to the focus condition of FIG. 5a. If defocusing to the focal point 503b is achieved, the image features will shift with respect to the field of view and will be blurred due to defocusing. Thus, the image feature looks similar to, for example, 502b. On the other hand, for a focus according to 503c, the image feature is moved laterally in the opposite direction as shown for 502c. Again, this lateral movement occurs in addition to blurring.

本発明に従えば、画像の横移動の原因となるデフォーカシングは、ビームエネルギの変化によって得られ、言い換えれば、対物レンズ内の電子ビームのエネルギに影響を及ぼす任意の電位の変化によって得られる。一実施形態に従えば、ビームエネルギの変化は、電子銃103の加速電圧を用いて与えられる。加速電圧のために用いられる電源は、ゼロから100、1000あるいは場合によっては数万ボルトの間の安定した電圧を提供できなければならない。加速電圧の変化、言い換えれば、変調範囲はゼロから数百ボルトである。加速電圧に対して与えられる1つの基準として安定性がある。少なくとも10Hzから数100Hzまたは1kHzまでの変調可能な安定な電源を提供することは更に難しいので、数10kVまでの高電圧に対する安定な電源を提供するとともに、数百ボルトの変調範囲を有する第2の電源を提供すると有益である。このようにして、安定な加速電圧の変調を提供することができる。   In accordance with the present invention, defocusing that causes lateral movement of the image is obtained by a change in beam energy, in other words, by any potential change that affects the energy of the electron beam in the objective lens. According to one embodiment, the change in beam energy is provided using the acceleration voltage of the electron gun 103. The power supply used for the acceleration voltage must be able to provide a stable voltage between zero and 100, 1000 or even tens of thousands of volts. The change in acceleration voltage, in other words, the modulation range is from zero to several hundred volts. One criterion given for the acceleration voltage is stability. Since it is more difficult to provide a stable power source that can be modulated from at least 10 Hz to several hundred Hz or 1 kHz, a second power source that provides a stable power source for high voltages up to several tens of kV and has a modulation range of several hundred volts It is beneficial to provide power. In this way, stable acceleration voltage modulation can be provided.

既に記載したように、第1の絞りアライメント偏向部110は、ビームを光軸113に向けてシフトさせることはないが、ビームを偏向させて、ビームに傾斜を導入する。すなわち、例えば光軸に関するビームの角度は、偏向によって変化する。このビーム偏向は、少なくとも部分的に、第2の絞りアライメント偏向部111によって補償される。好ましくは、第2の絞りアライメント偏向部111が、第1の絞りアライメント偏向部と同一の角度で反対方向にビームを傾ける。このことは、例えば、類似した2つの偏向部を有し、同じ絶対値を有する偏向フィールドが反対の方向を有するように、これらを電気的に接続することによって実現することができる。しかしながら、本発明は、類似した第1および第2の絞りアライメント偏向部110および111には限定されない。偏向部に与えられた同一の信号に対する偏向角の違いも、補正因子などによって均一にすることもできる。   As already described, the first aperture alignment deflection unit 110 does not shift the beam toward the optical axis 113, but deflects the beam and introduces an inclination to the beam. That is, for example, the angle of the beam with respect to the optical axis changes due to deflection. This beam deflection is at least partially compensated by the second aperture alignment deflection unit 111. Preferably, the second aperture alignment deflection unit 111 tilts the beam in the opposite direction at the same angle as the first aperture alignment deflection unit. This can be achieved, for example, by electrically connecting them so that deflection fields having two similar deflection parts and having the same absolute value have opposite directions. However, the present invention is not limited to the similar first and second aperture alignment deflection units 110 and 111. The difference in deflection angle with respect to the same signal given to the deflection unit can also be made uniform by a correction factor or the like.

本発明に従えば、フォーカシングおよびデフォーカシングは、電子ビーム101のエネルギの変化によって、換言すると、対物レンズ112内のビームのエネルギに影響を及ぼす電位の変化によって実現され、これにより、色収差が対物レンズ内に導入される。このことは、対物レンズ電流を用いたデフォーカシングよりも有利である。したがって、焦点の変化は、レンズ内の自己インダクタンスに限定されることはない。更に、対物レンズ内でヒステリシスが起こることはない。   In accordance with the present invention, focusing and defocusing is realized by a change in the energy of the electron beam 101, in other words, by a change in the potential that affects the energy of the beam in the objective lens 112, whereby chromatic aberration is achieved by the objective lens. Introduced in. This is advantageous over defocusing using objective lens current. Therefore, the focus change is not limited to the self-inductance in the lens. Furthermore, no hysteresis occurs in the objective lens.

特定の実施形態とは独立して、本発明の様々な態様に関して、生成される画像セットは少なくとも20の画像を含むことが好ましく、生成される画像セットは少なくとも80の画像を含むことが好ましいと一般的にいえる。このようにして、様々な焦点位置に対する撮影性能の判定をより正確に行うことができる。   Independent of specific embodiments, for various aspects of the invention, the generated image set preferably includes at least 20 images, and the generated image set preferably includes at least 80 images. Generally speaking. In this way, it is possible to more accurately determine the shooting performance for various focal positions.

更なる実施形態では、それぞれ電子ビーム101の歪みを補正するために生成された画像またはフレームを用いる。電子ビームは、例えば対物レンズ内の非点収差によって、理想的な円形断面から逸れている。この非点収差は、非点補正装置によって補償することができる。非点収差の記述において、xまたはy方向という用語の使用は必ずしもこの2つの方向が互いに直交することを意味しない。更に、xおよびy方向は、非点収差の補正に言及する場合には、互いに45度回転されているものをいうことが好ましい。非点収差アライメントの原理は、図3および図4に関してより良好に理解されるであろう。   Further embodiments use images or frames generated to correct the distortion of the electron beam 101, respectively. The electron beam deviates from an ideal circular cross section, for example due to astigmatism in the objective lens. This astigmatism can be compensated by an astigmatism correction device. In describing astigmatism, the use of the term x or y direction does not necessarily imply that the two directions are orthogonal to each other. Furthermore, the x and y directions preferably refer to those rotated by 45 degrees with respect to astigmatism correction. The principle of astigmatism alignment will be better understood with respect to FIGS.

非点収差が起こっている場合、第1の画像面803内の焦点809が第2の画像面805内の焦点811と同一でないために、点対点オブジェクト801は理想的に撮影されない。このように、最良焦点807の点を見つけるためには、妥協しなければならない。このため、最適焦点の地点における画像808の直径は大きくなる。デフォーカシングの場合には、点対点荷電粒子ビームの画像は既に円形ではなく、楕円形になっている。楕円の方向は、画像面が最適焦点807の地点よりも前にあるか後ろにあるかに依存する。更に、画像の焦点が合っていない場合、第1および第2の画像面によって規定される2方向における解像度は互いに異なることになる。   When astigmatism occurs, the point-to-point object 801 is not ideally shot because the focal point 809 in the first image plane 803 is not the same as the focal point 811 in the second image plane 805. Thus, in order to find the point of best focus 807, a compromise must be made. For this reason, the diameter of the image 808 at the point of optimum focus is increased. In the case of defocusing, the image of the point-to-point charged particle beam is already elliptical, not circular. The direction of the ellipse depends on whether the image plane is in front of or behind the point of the optimum focus 807. Furthermore, when the image is out of focus, the resolutions in the two directions defined by the first and second image planes are different from each other.

電子ビーム装置において、ビームの歪みは非点補正装置によって補正される。この補正は、点対点結像が電子ビームカラム内の電子ビーム101のアライメントに依存して変化するために、アライメントが実施される度に行うことが好ましい。x方向の歪みは、コイルセット902に対して補正される。コイルセットは好ましくは四極子の形態で配置される。一般に、コイルは四極子を形成するために用いられる。しかしながら、コイルと静電プレートの組み合わせを用いることもできる。x方向と独立した方向における補正を行うために、コイルセット903として第2の四極子構造物を用いることが好ましい。このように、ビーム歪みは、それぞれの方向について、上記のようにして形成される八極子構造物によって補正することができる。しかしながら、回転させて、ビーム101の歪みのそれぞれの方向に調整され得る四極子非点補正装置のみを用いることもできる。図4に示したように、ビームは必ずしも非点補正装置の中心901を通過しなくてもよい。更に、コイルに電流が印加されると、電界が発生して、電子ビーム101をシフトさせる。この意味について以下に記載する。   In the electron beam apparatus, beam distortion is corrected by an astigmatism correction apparatus. This correction is preferably performed every time alignment is performed because point-to-point imaging changes depending on the alignment of the electron beam 101 in the electron beam column. The distortion in the x direction is corrected for the coil set 902. The coil set is preferably arranged in the form of a quadrupole. In general, coils are used to form quadrupoles. However, a combination of a coil and an electrostatic plate can also be used. In order to perform correction in a direction independent of the x direction, it is preferable to use a second quadrupole structure as the coil set 903. Thus, the beam distortion can be corrected by the octupole structure formed as described above in each direction. However, it is also possible to use only a quadrupole astigmatism correction device that can be rotated and adjusted in each direction of distortion of the beam 101. As shown in FIG. 4, the beam does not necessarily pass through the center 901 of the astigmatism correction device. Further, when an electric current is applied to the coil, an electric field is generated to shift the electron beam 101. This meaning is described below.

一般に、ランプの形態の対物レンズ内のビームエネルギに影響を及ぼす電位の変化は、好ましくは初期値と、振幅と、ビームエネルギに影響を及ぼす電位の解像度によってランプを定義するために用いられる。したがって、対物レンズ内のビームエネルギに影響を及ぼす電位の解像度を好ましくは、フレームの総数を規定することにより、あるいはランプの振幅を規定することによって最適化する。このようにして、自動ランプ発生によって十分な結果が得られない場合に、十分なランプを自動的に発生させることができる。十分なランプとは、自動アライメントプロセスを行わすことのできるランプである。ビームエネルギに影響を及ぼしている電位の解像度は、2つの連続したフレームの電位差であるものとする。   In general, the change in potential affecting the beam energy in an objective lens in the form of a lamp is preferably used to define the lamp by its initial value, amplitude and resolution of the potential affecting the beam energy. Therefore, the resolution of the potential affecting the beam energy in the objective lens is preferably optimized by defining the total number of frames or by defining the lamp amplitude. In this way, a sufficient ramp can be generated automatically if sufficient results are not obtained by automatic ramp generation. A sufficient lamp is a lamp that can perform an automatic alignment process. The resolution of the potential affecting the beam energy is assumed to be the potential difference between two consecutive frames.

一般に、ランプの形態におけるすべての値の変化に関して、以下のことを考慮すべきである。例えば、ランプの形態の対物レンズ内のビームエネルギに影響を及ぼす電位の変化を与え、1回のランプ周期の間に個々のフレームが生成されることが好ましい。このようなランプは有益に直線状または階段状にすることができる。このように、ビームエネルギに影響を及ぼす電位の変化と、画像の生成との同期化を図ることができる。この同期化は、更に、対応する画像条件において生成される個々のフレームを平均するために有益に用いられる。   In general, the following should be considered for all value changes in the form of a lamp. For example, it is preferred that an individual frame is generated during a single lamp cycle given a change in potential that affects the beam energy in the objective lens in the form of a lamp. Such lamps can be beneficially linear or stepped. In this way, it is possible to synchronize the change in the potential that affects the beam energy and the generation of the image. This synchronization is also beneficially used to average the individual frames generated in the corresponding image conditions.

上記に関して、画像セットは、疑似連続画像シフトを得るように生成させることが好ましい。また、画像セットの2つの画像管の画像シフトは、10画素未満、好ましくは5画素未満、より好ましくは2画素未満であることが更に好ましい。このように、例えば、画像の横移動または画像の特徴を測定するための好ましいアルゴリズムがそれぞれより正確になり、更に、画像処理ルーチンに誤差が生じにくくなる。画像シフトを測定するための上記好ましいアルゴリズムは画像処理に基づいている。好ましくは、画像シフトは、パターントラッキング、特に再帰的パターン認識を用いて測定される。   With respect to the above, the image set is preferably generated to obtain a pseudo-continuous image shift. It is further preferred that the image shift of the two image tubes of the image set is less than 10 pixels, preferably less than 5 pixels, more preferably less than 2 pixels. In this way, for example, the preferred algorithms for measuring the lateral movement of the image or the characteristics of the image are more accurate, respectively, and errors are less likely to occur in the image processing routine. The preferred algorithm for measuring image shift is based on image processing. Preferably, the image shift is measured using pattern tracking, particularly recursive pattern recognition.

一実施形態に従えば、対物レンズ内の電子ビームのビームエネルギに影響を及ぼす電位の1つにおける変化、およびそれによりビームのデフォーカシングを導入することは、ランプの形態で適用されることが好ましい。この変動は、試料の表面に対応する焦点距離付近で可変であることが好ましい。図5bに示したようなランプは、ランプ906の振幅と、ランプ905の初期値によって定義される。図5bに示したようなランプは、一定の一次導関数を有するので、ビームのエネルギの変化と、フレーム/画像の生成との同期化が容易になる。ランプの持続時間は0.5秒から1秒の間である。この時間内に、45〜90あるいはそれ以上のフレームが生成される。例えば、3TVモードを適用する場合、新しいフレームを約11ミリ秒毎に生成させることができる。同期化が行われるので、各フレームと、それぞれのフレーム番号907とをビームエネルギにマッチさせることができる。一方で、ビームエネルギは、試料の表面に関する焦点距離と相関させることができる。デフォーカシングの量または電子ビームのビームエネルギを、フレームの番号に割り当てることにより、いくつかのアライメント手順および以下に示すいくつかの補正を行うことができる。   According to one embodiment, it is preferred that the change in one of the potentials affecting the beam energy of the electron beam in the objective lens and thereby introducing beam defocusing is applied in the form of a lamp. . This variation is preferably variable in the vicinity of the focal length corresponding to the surface of the sample. The ramp as shown in FIG. 5 b is defined by the amplitude of ramp 906 and the initial value of ramp 905. A lamp such as that shown in FIG. 5b has a constant first derivative, so that it is easy to synchronize the change in beam energy with the generation of the frame / image. The duration of the ramp is between 0.5 seconds and 1 second. Within this time, 45-90 or more frames are generated. For example, when applying 3TV mode, a new frame can be generated about every 11 milliseconds. Since synchronization is performed, each frame and each frame number 907 can be matched to the beam energy. On the other hand, the beam energy can be correlated with the focal length with respect to the surface of the sample. By assigning the amount of defocusing or the beam energy of the electron beam to the frame number, several alignment procedures and some corrections described below can be performed.

このように、特定の実施形態とは関係なく、デフォーカシングに1秒以下、好ましくは0.5秒以下しか要さないことが好ましい。したがって、全アライメント時間は、最先端のものに比べて、5〜10倍短縮することができる。
Thus, regardless of the specific embodiment, it is preferable that defocusing takes less than 1 second, preferably less than 0.5 seconds. Therefore, the total alignment time can be shortened by 5 to 10 times compared to the state of the art.

ランプの形態でビームエネルギの変化を定義することは、更なる利点を有する。1回のランプ周期の間に生成される異なるフレームを、いくつかの特性に関して分析する。したがって、最良ビームエネルギ値が求められる。一般に、任意の特性に関する最良ビームエネルギ値は、極値である。極値を観測できない場合には、ランプを継続する必要がありそうである。振幅と初期値を用いてランプを定義することにより、こうした更なるランプの形態での電子ビームエネルギの継続が容易になる。   Defining the change in beam energy in the form of a lamp has a further advantage. Different frames generated during one ramp period are analyzed for several characteristics. Therefore, the best beam energy value is determined. In general, the best beam energy value for any property is an extreme value. If extreme values are not observable, it may be necessary to continue the ramp. Defining the lamp using the amplitude and the initial value facilitates continuation of the electron beam energy in the form of these further lamps.

一実施形態に従って、最適化焦点に伴うビームエネルギを求めることができる。このように、1回のランプ周期の間に行われる測定は、オートフォーカス装置に対して用いることができる。したがって、得られた画像の鮮鋭度が、以下の手順のうちの1つによって評価される。   According to one embodiment, the beam energy associated with the optimized focus can be determined. Thus, measurements performed during a single lamp cycle can be used for an autofocus device. Accordingly, the sharpness of the obtained image is evaluated by one of the following procedures.

まず最初に、連続するフレームまたは、個々の画像特徴を含む連続するフレームの特定の領域間の相関関係を計算することができる。強いデフォーカシングに対しては、ブレが生じる。このように、統計的に分布した多くのノイズが存在する。このため、2つの連続するフレームまたは連続するフレームの領域間での相関性が小さくなる。小さいデフォーカシングの場合、ブレが生じることは殆ど無い。これはとりわけ、電子ビームが、ビーム径が有意に変化しないビーム電波の方向の最良焦点周辺の長さである、いわゆるDOF(焦点深度)を有することに起因する。このように、2つの連続するフレームは、わずかな統計的ノイズしか示さず、ほぼ同一となる。したがって、相関性は大きくなる。相関性から、いわゆるフォーカスマークを直接推定することができる。このように、相関性またはフォーカスマークがそれぞれ高ければ高いほど、ビームはより良好に試料上に集束することになる。上述の評価は自動化することができる。これにより、オートフォーカスルーチンが得られる。しかしながら、実際には、いくつかの克服しなければならない問題がある。例えば、画像が画像セット内の1つの撮影フレームから次の撮影フレームまでにシフトする可能性がある。以下でより詳細に検討するこの横移動によって、相関に基づく鮮鋭度の正確な評価が妨げられる。この影響は、画像の横移動が2〜3画素以内であれば無視できるかもしれない。2〜3画素を超えるシフトの場合、画像シフトを補正しなければならに。このように、画像の横移動を測定することにより、上述の手順を改善することができる。画像または該画像の特徴のシフトは、後述するパターン認識ツールを用いて検出することができる。特徴のシフトが分かり次第、相関関係を計算する前に算出されたシフトに対して画像を補正することができる。このようにして、上で定義したようなフォーカスマークの信頼性を高めることができる。   Initially, correlations between specific regions of successive frames or successive frames containing individual image features can be calculated. For strong defocusing, blurring occurs. Thus, there is a lot of statistically distributed noise. For this reason, the correlation between two continuous frames or regions of consecutive frames is reduced. In the case of small defocusing, there is almost no blurring. This is due in particular to the fact that the electron beam has a so-called DOF (depth of focus) which is the length around the best focus in the direction of the beam radio wave where the beam diameter does not change significantly. Thus, two consecutive frames show little statistical noise and are nearly identical. Therefore, the correlation is increased. From the correlation, a so-called focus mark can be directly estimated. Thus, the higher the correlation or focus mark, respectively, the better the beam will be focused on the sample. The above evaluation can be automated. Thereby, an autofocus routine is obtained. In practice, however, there are several problems that must be overcome. For example, the image may shift from one shooting frame to the next shooting frame in the image set. This lateral movement, discussed in more detail below, prevents an accurate assessment of correlation-based sharpness. This effect may be negligible if the lateral movement of the image is within 2-3 pixels. If the shift exceeds 2-3 pixels, the image shift must be corrected. Thus, the above procedure can be improved by measuring the lateral movement of the image. The shift of the image or the feature of the image can be detected by using a pattern recognition tool described later. Once the feature shift is known, the image can be corrected for the calculated shift before calculating the correlation. In this way, the reliability of the focus mark as defined above can be increased.

第2に、鮮鋭度の統計的評価を用いることができる。したがって、画像の個々の特徴だけでなく、全視野についてもコントラストを評価する。このことは、誘導画像のヒストグラムを計算することによって行う。画像のどの方向とも独立した鮮鋭度を得るために、xおよびy方向の方向導関数の平均値を用いることができる。この評価は、よりブレの少ない鮮鋭な画像ほど、すべての種類の画像特徴のエッジにおいて大きなコントラストを示すという仮定に基づいている。エッジのコントラストに加えて、ノイズもヒストグラムに影響する。上記のことから、ヒストグラムはノイズを伴う領域と画像特徴のエッジのコントラストを伴う領域を示すと予想することができる。良好なフォーカシングによってコントラストが良好である場合には、エッジのコントラストを伴う領域の方が、コントラストの小さいぶれた画像よりも重要である。上述の挙動を鮮鋭度を評価するために用いて、フォーカスマークを再び得ることができる。画像全体が統計的に評価されるので、評価された十分な画像特徴がランダムに試料全体に分布している限り、視野のシフトを無視することができる。更に、一次導関数に対するヒストグラム、すなわち、鮮鋭なエッジの数は、個々のフレームの平均コントラストに標準化することができる。   Second, a statistical evaluation of sharpness can be used. Therefore, the contrast is evaluated not only for individual features of the image but also for the entire field of view. This is done by calculating the histogram of the induced image. To obtain sharpness independent of any direction of the image, the average value of the directional derivatives in the x and y directions can be used. This evaluation is based on the assumption that sharper images with less blur show greater contrast at the edges of all types of image features. In addition to edge contrast, noise also affects the histogram. From the above, it can be expected that the histogram shows a region with noise and a region with contrast of the edge of the image feature. If the contrast is good due to good focusing, the region with edge contrast is more important than a blurred image with low contrast. Using the above behavior to evaluate sharpness, the focus mark can be obtained again. Since the entire image is statistically evaluated, field shifts can be ignored as long as sufficient image features evaluated are randomly distributed throughout the sample. Furthermore, the histogram for the first derivative, i.e. the number of sharp edges, can be normalized to the average contrast of the individual frames.

一例として、装置は90フレームの画像を保存する。そして、画像処理プロセッサがそれぞれ5つの連続する画像フレームの平均を計算し、2方向のそれぞれについて繊維度評点を計算する。このように、各方向には18の評点がある。このように、本発明に対しては、鮮鋭度評点に基づいて補正信号を計算するためには、各方向に対して少なくとも2つの鮮鋭度評点を用いる必要があるが、計算には各方向に対して少なくとも10の鮮鋭度評点を使用することが更に好ましい。   As an example, the device stores an image of 90 frames. The image processor then calculates the average of each of five consecutive image frames and calculates the fiber score for each of the two directions. Thus, there are 18 ratings in each direction. Thus, for the present invention, in order to calculate the correction signal based on the sharpness score, it is necessary to use at least two sharpness scores for each direction. More preferably, a sharpness score of at least 10 is used.

本発明は、鮮鋭度の評価に関して上述の2つの例に限定されないと理解すべきである。本発明には、他の更なる鮮鋭度評価ルーチンを適用することもできる。   It should be understood that the present invention is not limited to the two examples described above with regard to sharpness assessment. Other further sharpness evaluation routines may be applied to the present invention.

上述のように、また図2aおよび図2bに関して前述したように、更なる実施形態に従えば、光軸に関して電子ビームがずれていると、ビームエネルギに影響を及ぼす電位を変化させた場合に、連続するフレーム間での画像シフトが起こり、したがって、試料表面に関する電子ビームのデフォーカシングが得られる。この画像シフトの、例えば加速電圧の変化に対する依存性はほぼ直線的な挙動を示す。観察された画像シフトが既知である場合には、較正に基づいてビームを光軸にアライメントすることができる。   As described above and as described above with respect to FIGS. 2a and 2b, according to a further embodiment, if the electron beam is deviated with respect to the optical axis, the potential affecting beam energy is changed. An image shift occurs between successive frames, thus resulting in electron beam defocusing with respect to the sample surface. The dependence of this image shift on, for example, a change in acceleration voltage shows a substantially linear behavior. If the observed image shift is known, the beam can be aligned to the optical axis based on calibration.

したがって、画像シフトを以下のようにして測定することができる。生成されたフレームをフレームグラバーに送り、画像処理プロセッサに供給する。画像処理プロセッサは画像の1つ以上の特徴を選択する。したがって、高いコントラストと、視野に関して異なる方向を有するエッジが選択される。パターン認識アルゴリズムは、画像の特徴に従い、連続するフレーム間での画像特徴のシフトの画素数を計算する。一般に、パターン認識は、テンプレート画像、分類、ニューラルネットワークまたは他のパターン認識ルーチンに対する補正評点などのいくつかの可能性のうちの1つを用いて行うことができる。別のオプションとして、再帰に基づいたパターントラッキングを用いる。再帰パターン認識は、連続する画像間でのシフトが一般に数ピクセルに限られているために、有益である。フレーム番号kからフレーム番号k+1までのシフトが、画像の各方向において例えば10画素未満であれば、パターントラッキングルーチンの信頼性を高めることができる。更なるオプションとして、個々のフレームの特徴を1つの初期フレームの特徴と比較して相関させることができる。このような初期フレームは、最良のフォーカスマークをもつものでありうる。初期フレームと個々のフレームとの相関が一定の閾値未満と悪い場合には、該個々のフレームをそれ以降の計算から除外することができる。このようにして、ブレの大きすぎる画像が、計算の精度を低下させることを回避することができる。その結果、生成された画像セットの各画像の画像シフトを得ることができる。   Therefore, the image shift can be measured as follows. The generated frame is sent to the frame grabber and supplied to the image processor. The image processor selects one or more features of the image. Therefore, edges with high contrast and different directions with respect to the field of view are selected. The pattern recognition algorithm calculates the number of pixels of the image feature shift between successive frames according to the image feature. In general, pattern recognition can be performed using one of several possibilities, such as a template image, classification, a neural network or a correction score for other pattern recognition routines. Another option is to use recursive pattern tracking. Recursive pattern recognition is beneficial because the shift between successive images is generally limited to a few pixels. If the shift from frame number k to frame number k + 1 is, for example, less than 10 pixels in each direction of the image, the reliability of the pattern tracking routine can be improved. As a further option, individual frame features can be compared and correlated with features of one initial frame. Such an initial frame may have the best focus mark. If the correlation between the initial frame and the individual frame is worse than a certain threshold, the individual frame can be excluded from further calculations. In this way, it is possible to avoid an image with excessive blurring from reducing the accuracy of calculation. As a result, the image shift of each image in the generated image set can be obtained.

電子ビームを非反復的に光軸とアライメントできるようにするためには、較正を用いなければならない。このような較正は、製造中に一度行えばよい。しかしながら、精度を上げるためには、較正を定期的に更新することが好ましい。較正の更新から更新までの時間間隔は、SEMを用いている動作および環境条件におおかたは依存すると考えられる。較正の更新は、例えば1ヶ月に1度行えばよい。   In order to be able to non-repetitively align the electron beam with the optical axis, calibration must be used. Such calibration may be performed once during manufacture. However, it is preferable to periodically update the calibration to increase accuracy. The time interval from calibration update to update is likely to depend largely on the operation and environmental conditions using the SEM. The calibration may be updated once a month, for example.

絞りアライメントの感度の較正、すなわち、光軸に対する電子ビームのアライメントは、以下のようにして行われる。まず最初にSEMをできだけ正確に手動でアライメントする。したがって、以前に較正を行っている場合には、古い較正を用いた自動アライメントによって操作を支援することができる。次のステップは、少なくとも2回、好ましくは4回行われる。したがって、各回において、ビームの既知の正確なミスアライメントが故意に導入される。最終的に、電子ビームのビームエネルギの既知の変化を与えながら、各ミスライメントに対して、較正フレームのセットが生成される。このことは、例えば、加速電圧を変調することによって行われる。画像処理プロセッサは、この画像のセットを分析し、各既知にミスアライメントに対して観察されたシフトが基準測定値として用いられる。既知のビームエネルギの変化と、既知のミスアライメントと、測定された画像シフトとに基づいて、装置の感度をx方向およびy方向別々に較正することができる。較正のための換算係数は、例えば、線形の多項回帰モデルまたは任意の他の適当な関数を用いて計算される。したがって、適合ルーチンのなかでも、特に最小自乗適合または適合曲線に対する絶対値の最小化を用いることができる。好ましくは、線形較正関数を較正のために用いる。   Calibration of the sensitivity of the aperture alignment, that is, alignment of the electron beam with respect to the optical axis is performed as follows. First, manually align the SEM as accurately as possible. Therefore, if calibration has been performed before, the operation can be supported by automatic alignment using the old calibration. The next step is performed at least twice, preferably four times. Thus, at each time, a known exact misalignment of the beam is deliberately introduced. Finally, a set of calibration frames is generated for each misalignment, giving a known change in the beam energy of the electron beam. This is done, for example, by modulating the acceleration voltage. The image processor analyzes this set of images and each known observed shift against misalignment is used as a reference measurement. Based on known beam energy changes, known misalignments, and measured image shifts, the sensitivity of the device can be calibrated separately in the x and y directions. The conversion factor for calibration is calculated using, for example, a linear polynomial regression model or any other suitable function. Thus, among the fitting routines, especially least squares fitting or absolute value minimization for the fitting curve can be used. Preferably, a linear calibration function is used for calibration.

較正を用いて、以下に従う調整ステップにおいてビームをアライメントするために、アライメント偏向部に適用されるべき信号Iを求めることができる。
Using calibration, the signal I to be applied to the alignment deflection unit can be determined in order to align the beam in the adjustment step according to the following.

Figure 0003959063
Figure 0003959063

Figure 0003959063
したがって、Cx(y),scnsは、較正から得られる感度換算係数であり、ΔxおよびΔyはそれぞれの方向における画像シフトである。
Figure 0003959063
Therefore, C x (y) and scns are sensitivity conversion coefficients obtained from calibration, and Δx and Δy are image shifts in the respective directions.

元のアライメントに対して、任意の方向において光軸に対するビーム傾斜が起こっている場合、上記の数式を展開することができる。補正されない小さいビーム傾斜は、x方向のアライメント偏向部とは独立して、y方向における画像シフトをもたらし、またその逆も起こる。このようにして、上記の数式は次のように読むことができる。
If there is a beam tilt with respect to the optical axis in any direction relative to the original alignment, the above equation can be developed. A small beam tilt that is not corrected results in an image shift in the y direction and vice versa, independent of the alignment deflection in the x direction. Thus, the above equation can be read as follows:

Figure 0003959063
Figure 0003959063

Figure 0003959063
毎日、あるいはウェハの異なる部位で新しい測定を始める前ごとに、電子ビームを光軸に対してアライメントするために、様々なビームエネルギの間に生成された画像セットを、ビームシフトに関して分析することができる。以前に較正された感度換算係数Ci,scnsと、測定されたビームシフトΔxおよびΔyと、ビームエネルギの変化ΔVaccとから、x方向のための絞りアライメント偏向部110および111に与えられることになる信号l(new)と、y方向のための更なる絞りアライメント偏向部に与えられることになる信号l(new)とが算出される。このようにして、全く反復を必要とせずに、電子ビーム101を光軸にアライメントすることができる。しかしながら、画像シフトΔx、Δyの信号補正からの依存性の直線性が、大きなミスアライメントに対しては有効でないので、随意で更なるアライメントステップを行うこともできる。
Figure 0003959063
The image set generated during various beam energies can be analyzed for beam shifts to align the electron beam with respect to the optical axis daily or before starting a new measurement at a different part of the wafer. it can. From previously calibrated sensitivity conversion factors C i, scns , measured beam shifts Δx and Δy, and beam energy changes ΔV acc , to be given to the aperture alignment deflection units 110 and 111 for the x direction. A signal l x (new) and a signal l y (new) to be provided to a further aperture alignment deflection unit for the y direction. In this way, the electron beam 101 can be aligned with the optical axis without requiring any repetition. However, since the linearity of the dependency of the image shifts Δx, Δy from the signal correction is not effective for large misalignments, further alignment steps can optionally be performed.

一般に、特定の実施形態とは独立して、上述の較正によって、本来操作者が実施する反復調整を初期化する必要がなくなる。このような理由から、本質的に反復を行う必要がなくなる。このようにして、荷電粒子かラムの迅速な調整を行うことができる。更に、反復が行われる場合には、より少ない反復ステップで、より高い精度を達成することができる。更に、荷電粒子ビーム装置を異なる設定に対して較正することが好ましい。したがって、任意の種類の装置パラメータによる影響を受ける補正を考慮することができるため、より正確な較正を得ることができる。   In general, independent of the particular embodiment, the calibration described above eliminates the need for initializing repetitive adjustments originally performed by the operator. For this reason, there is essentially no need to repeat. In this way, a quick adjustment of charged particles or rams can be performed. Furthermore, if iteration is performed, higher accuracy can be achieved with fewer iteration steps. Furthermore, it is preferable to calibrate the charged particle beam device for different settings. Therefore, a correction that is affected by any kind of device parameter can be taken into account, so that a more accurate calibration can be obtained.

更に、光軸に関する荷電粒子ビームの位置の補正は、絞りを動かすことによって行うことが好ましいと一般に言うことができる。光軸に関する荷電粒子ビームの位置の補正は、荷電粒子のビームを偏向させることによって得ることが更に好ましい。このように、ビームは、荷電粒子装置の光軸に自動的にアライメントすることができる。   Furthermore, it can be generally said that the correction of the position of the charged particle beam with respect to the optical axis is preferably performed by moving the diaphragm. More preferably, the correction of the position of the charged particle beam with respect to the optical axis is obtained by deflecting the beam of charged particles. In this way, the beam can be automatically aligned with the optical axis of the charged particle device.

更に、特定の実施形態とは独立して、以下のことが当てはまる。荷電粒子のビームが1つの偏向部内で偏向される場合、ビームは更に傾斜される。それにより、荷電粒子ビームのアライメントに影響を及ぼす2つの自由度を互いに対にする。このように対にすることにより、ビームのアライメントが複雑になる。これを回避するために、上記の方法に対しては、ビームが元の方向に再指向させるための第2の偏向部を使用することが好ましい。ビームを元の方向に沿って伝播するように再指向することが更に好ましい。   Furthermore, independent of the specific embodiment, the following applies: If the beam of charged particles is deflected in one deflector, the beam is further tilted. Thereby, the two degrees of freedom affecting the alignment of the charged particle beam are paired with each other. This pairing complicates beam alignment. In order to avoid this, it is preferable to use a second deflector for redirecting the beam in the original direction for the above method. More preferably, the beam is redirected to propagate along the original direction.

更なる実施形態において、ビームエネルギを変化させる間に生成された画像セットを用いて、ビーム歪みを評価することができる。このようにして、図4に関して上述したように、非点補正装置を用いて、対物レンズの非点収差を補正することができる。   In a further embodiment, the image distortion generated while changing the beam energy can be used to evaluate beam distortion. In this manner, astigmatism of the objective lens can be corrected using the astigmatism correction device as described above with reference to FIG.

図3に関して上述したように、非点収差は、焦点を試料の表面から離れるように移動させ、方向に依存した画像のブレをもたらす。図3に示したように、異なる焦点位置に対するビームの断面は、特定の方向性を持つ楕円へと変化する。上述の鮮鋭度評価と比較して、画像セットの個々の画像(少なくとも2つの画像)の鮮鋭度を方向に依存して分析すると、非点収差の強度と方向性を評価することができる。   As described above with respect to FIG. 3, astigmatism moves the focal point away from the surface of the sample, resulting in direction-dependent image blur. As shown in FIG. 3, the cross section of the beam for different focal positions changes into an ellipse with a specific directionality. Compared with the above-described sharpness evaluation, if the sharpness of individual images (at least two images) of the image set is analyzed depending on the direction, the strength and directionality of astigmatism can be evaluated.

鮮鋭度の方向性は、以下のアルゴリズムの1つに従って特定することができる。これらのアルゴリズムは、オートフォーカスに関して上述した鮮鋭度評価に基づいている。連続するフレームを比較し、様々な方向性をもつエッジを有する様々な特徴を比較することができる。非点収差を有するビームは楕円形状を有するため、互いに直交する方向の鮮鋭度が異なることになる。したがって、少なくとも2つの直交する方向において鮮鋭度を分析する。しかしながら、45°の角度で回転させながら、4方向で鮮鋭度を分析することが有益である。非点収差の強度は、2つの異なるデフォーカシング量に対するフォーカスマークにおける差異によって検出される。一次導関数のヒストグラムを鮮鋭度評価のために用いる場合、一次導関数は、評価対象となる方向に対して計算することができる。またこの場合も、少なくとも2つの直交する方向を評価しなければならない。しかしながら、好ましくは、45°回転させた4つの方向を評価する。   The directionality of the sharpness can be specified according to one of the following algorithms. These algorithms are based on the sharpness assessment described above for autofocus. Successive frames can be compared and different features with edges with different orientations can be compared. Since the beam having astigmatism has an elliptical shape, the sharpness in directions orthogonal to each other is different. Therefore, sharpness is analyzed in at least two orthogonal directions. However, it is beneficial to analyze the sharpness in four directions while rotating at an angle of 45 °. The intensity of astigmatism is detected by the difference in focus marks for two different defocusing amounts. When the histogram of the first derivative is used for sharpness evaluation, the first derivative can be calculated for the direction to be evaluated. Again, at least two orthogonal directions must be evaluated. However, preferably four directions rotated 45 ° are evaluated.

非点補正装置に印加すべき電流の較正は、アライメントプロセスの較正に対してアナログ的に計算することができる。最初の近似において、それぞれの方向に対するデフォーカス量から、印加すべき電流の線形従属性を推測することができる。1つの方向に対するデフォーカス量は、数値フォーカスマークによって規定することができる。それにより、フォーカスマークfmは1つの方向に対して計算される。距離ΔVaccを有する2つのフレームのフォーカスマークの差は、非点収差量の尺度である。更に、図3に見られるように、2つの直交方向が互いに相関関係にある。したがって、上述のように、xおよびy方向を45°の角度で違いに関して回転させる。直線回帰を用いた較正から、
The calibration of the current to be applied to the astigmatism correction device can be calculated in analog to the calibration of the alignment process. In the first approximation, the linear dependence of the current to be applied can be inferred from the defocus amount in each direction. The defocus amount with respect to one direction can be defined by a numerical focus mark. Thereby, the focus mark fm is calculated for one direction. The difference between the focus marks of the two frames having the distance ΔV acc is a measure of the amount of astigmatism. Further, as can be seen in FIG. 3, the two orthogonal directions are correlated with each other. Thus, as described above, the x and y directions are rotated with respect to the difference by an angle of 45 °. From calibration using linear regression,

Figure 0003959063
Figure 0003959063

Figure 0003959063
に従う関数が得られる。較正の間、感度係数Ax,y,scnsが特定される。上記の数式はアライメントの間に、x非点補正装置902およびy非点補正装置903に対する非点補正装置電流を補正するために用いることができる。
Figure 0003959063
A function that follows is obtained. During calibration, the sensitivity coefficients A x, y, scns are identified. The above formula can be used to correct the astigmatism corrector current for the x astigmatism corrector 902 and y astigmatism corrector 903 during alignment.

以上をまとめると、本発明のいくつかの態様および実施形態に従えば、加速電圧または、例えばランプの形態または他の任意の明確な様式の、電子ビームのエネルギに影響をおよぼす任意の電位を変化させながら、画像セットを生成させることができる。このような測定には1秒以内しかかからず、好ましくは、二分の1秒以下しかかからない。画像セットは例えば20画像を超える十分に多数の画像である。これらの生成された画像から、オートフォーカスルーチン、光軸に関する電子ビームのアライメント、および電子ビームカラムの非点収差に対する補正を計算することができる。必要とされる計算には残りの秒を用いることができる。2秒間以内に、フォーカシング、絞りアライメント、および非点収差補正を行うことができる。この時間は、従来技術の荷電粒子カラムアライメント法に用いられていたアライメント時間よりも数倍早い。したがって、本発明の方法は、ウェハの各部位を測定する前のカラムの調整のために用いることができる。それにより、ウェハが強力な表面トポロジーを示したとしても、長期間にわたって高い精度で測定を行うことができる。 In summary, according to some aspects and embodiments of the present invention, the acceleration voltage or any potential that affects the energy of the electron beam, for example in the form of a lamp or any other well-defined manner, is changed. Image sets can be generated. Such a measurement takes only less than a second, and preferably takes less than a half second. An image set is a sufficiently large number of images, for example, exceeding 20 images. From these generated images, an autofocus routine, electron beam alignment with respect to the optical axis, and correction for electron beam column astigmatism can be calculated. It can be used remaining 1/2 seconds to computation required. Within 2 seconds, focusing, aperture alignment, and astigmatism correction can be performed. This time is several times faster than the alignment time used in the prior art charged particle column alignment method. Therefore, the method of the present invention can be used for column adjustment before measuring each part of the wafer. Thereby, even if the wafer shows a strong surface topology, it is possible to perform measurement with high accuracy over a long period of time.

いくつかの実施形態に従う方法のフローチャートが図6に示されている。SEMのワークステーション、すなわち、ユーザインターフェースから、操作者はウォブル(wobble)を伴うまたは伴わないオートフォーカスルーチンまたは自動ウォブル較正を開始する。ステップ601を参照のこと。602に示されるフォーカスマネージャソフトウェアが顕微鏡電子ケージ(MEC)と画像処理(IP)コンピュータにセットアップパラメータ(604参照)と、画像パラメータ(605参照)とを送る。MECは加速電圧ランプに対するパラメータをVBEAM部(605参照)に送る。VBEAM部は、その入力パラメータに従って電子ビームエネルギの線形ランプを生成する働きをする。それぞれ並行して、IPおよびVBEAMはそれらの動作を開始し、画像信号がIPによって収集される、それにより、ビームエネルギのランプの影響を有する画像セットが得られる。IPは生成されたフレームを上述の実施形態の態様に従って分析する。オートフォーカスがうまくいかない場合、ワークステーションにエラーが送られる。ありうるエラーとしては、例えば、一定の閾値を下回るフォーカスマークがある。これは、画質の重大な問題を意味する。更なる可能性のある例としては、十分に区別することができない広い範囲のビームエネルギに対するフォーカスマークが挙げられる。更に、IP606は、xおよびy方向における画像変位の位置合わせを計算する。視野内のエッジの数が不十分であったり、フレームのコントラストが不十分であったりというような不具合、あるいは他の条件において、故障状態ワークステーションに送られる。アライメント評価の手順が成功すると、それぞれの画像シフトであるxおよびyの位置合わせがワークステーションに送られる。ワークステーションでは新しい焦点(ビームエネルギ)と、MECに対する絞りアライメント偏向部に対する値とを計算する。一方のMECはそれぞれの値をカラムに提供する。   A flowchart of a method according to some embodiments is shown in FIG. From the SEM workstation, i.e., the user interface, the operator initiates an autofocus routine or automatic wobble calibration with or without wobble. See step 601. The focus manager software shown at 602 sends setup parameters (see 604) and image parameters (see 605) to the microscope electronic cage (MEC) and image processing (IP) computer. The MEC sends parameters for the acceleration voltage ramp to the VBEAM section (see 605). The VBEAM section serves to generate a linear ramp of electron beam energy according to its input parameters. In parallel with each other, the IP and VBEAM begin their operation and the image signal is collected by the IP, thereby obtaining an image set with a beam energy ramp effect. The IP analyzes the generated frame according to aspects of the above-described embodiment. If autofocus fails, an error is sent to the workstation. Possible errors include, for example, focus marks that are below a certain threshold. This represents a serious problem with image quality. Further possible examples include focus marks for a wide range of beam energies that cannot be fully distinguished. In addition, the IP 606 calculates the image displacement alignment in the x and y directions. In failure such as insufficient number of edges in the field of view or insufficient frame contrast, or other conditions, it is sent to the failed workstation. If the alignment evaluation procedure is successful, the respective image shift x and y alignments are sent to the workstation. The workstation calculates a new focus (beam energy) and a value for the aperture alignment deflector for the MEC. One MEC provides each value in a column.

そのため、装置のオートフォーカスおよび絞りアライメントは、2秒間以内に調整することができる。ビーム歪みの更なる評価は、これ以上の測定を必要としないため、ほとんど時間を使うことなく図6の手順のなかに含めることができる。   Therefore, the autofocus and aperture alignment of the apparatus can be adjusted within 2 seconds. Further evaluation of beam distortion does not require any further measurements and can be included in the procedure of FIG. 6 with little time.

本発明の様々な態様を実施するのに適した荷電粒子ビーム装置のブロック図である。1 is a block diagram of a charged particle beam device suitable for implementing various aspects of the present invention. ミスアライメントビームがどのようにして、生成された画像に横移動を導入するかを説明する絞りアライメントの原理を示した図である。It is the figure which showed the principle of the aperture alignment explaining how a misalignment beam introduce | transduces a lateral movement to the produced | generated image. ミスアライメントビームがどのようにして、生成された画像に横移動を導入するかを説明する絞りアライメントの原理を示した図である。It is the figure which showed the principle of the aperture alignment explaining how a misalignment beam introduce | transduces a lateral movement to the produced | generated image. 非点収差の原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of astigmatism. 八極子非点補正装置に統合された、2方向に対する2つの四極子非点補正装置のブロック図である。FIG. 2 is a block diagram of two quadrupole astigmatism correction devices for two directions integrated in an octupole astigmatism correction apparatus. 画像の鮮鋭度を評価するための2ランプ分析の原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of 2 lamp | ramp analysis for evaluating the sharpness of an image. 画像の鮮鋭度を評価するための2ランプ分析の原理の説明図である。It is explanatory drawing of the principle of 2 lamp | ramp analysis for evaluating the sharpness of an image. 本発明に従うプロセスのフローチャートである。4 is a flowchart of a process according to the present invention.

符号の説明Explanation of symbols

16…検出器、21…電圧供給源、32…制御部、102…走査偏向部、103…供給源、105…試料、110…第1の絞りアライメント偏向部、111…第2の絞りアライメント偏向部、112…対物レンズ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 16 ... Detector, 21 ... Voltage supply source, 32 ... Control part, 102 ... Scanning deflection part, 103 ... Supply source, 105 ... Sample, 110 ... 1st aperture alignment deflection part, 111 ... 2nd aperture alignment deflection part 112 ... Objective lens.

Claims (40)

荷電粒子ビームカラムのアライメントを行うために画像を自動的に生成するための方法であって、
a)荷電粒子のビームのエネルギの変化によって色収差を導入することにより、焦点を変化させるステップと、
b)荷電粒子のビームのエネルギを変化させながら、画像セットを生成するステップと、
を含み、
デフォーカスが1秒以内に完了し、
荷電粒子のビームのエネルギの変化が、ランプ( ramp )の形態で与えられ、画像セットが1回のランプ周期内に生成され
前記ランプは、初期値、振幅、および荷電粒子のビームのエネルギの解像度によって規定され
少なくとも2つのランプが用いられ、前記少なくとも2つのランプのうち第1ランプは、前記第1ランプの第1初期値および第1振幅により定義されたエネルギ値を有し、前記少なくとも2つのランプのうち第2ランプは、前記第2ランプの第2初期値および第2振幅により定義されたエネルギ値を有し、少なくとも前記第1初期値と前記第2初期値は異なり、荷電粒子のビームエネルギのエネルギ値が重複している、前記方法。
A method for automatically generating an image for alignment of a charged particle beam column comprising:
a) changing the focus by introducing chromatic aberration by changing the energy of the beam of charged particles;
b) generating an image set while changing the energy of the beam of charged particles;
Including
Defocusing is completed within 1 second ,
A change in the energy of the beam of charged particles is given in the form of a ramp , and an image set is generated within one ramp period ,
The lamp is defined by its initial value, amplitude, and energy resolution of the beam of charged particles ,
At least two lamps are used, and a first lamp of the at least two lamps has an energy value defined by a first initial value and a first amplitude of the first lamp, and of the at least two lamps The second lamp has an energy value defined by a second initial value and a second amplitude of the second lamp. At least the first initial value and the second initial value are different, and the energy of the beam energy of the charged particles is different. The method, wherein the values are duplicated .
c1)画像セットの鮮鋭度を評価するステップと、
c2)ビームエネルギが所望の焦点に対応するように前記ビームエネルギを設定するステップと、
を更に含む、請求項1に記載の方法。
c1) evaluating the sharpness of the image set;
c2) setting the beam energy such that the beam energy corresponds to the desired focus;
The method of claim 1, further comprising:
d1)少なくとも2つの異なる方向において、前記画像セットの鮮鋭度を評価するステップと、
d2)非点補正装置がビーム歪みを補正するように、前記非点補正装置に補正信号を与えるステップと、
を更に含む、請求項1または2のいずれか一項に記載の方法。
d1) evaluating the sharpness of the image set in at least two different directions;
d2) providing a correction signal to the astigmatism correction device so that the astigmatism correction device corrects beam distortion;
The method according to claim 1, further comprising:
前記画像セットの鮮鋭度は少なくとも4つの異なる方向において評価される、請求項3に記載の方法。  The method of claim 3, wherein the sharpness of the image set is evaluated in at least four different directions. 前記少なくとも4つの方向は、互いに関して45°回転されている、請求項4に記載の方法。  The method of claim 4, wherein the at least four directions are rotated 45 ° with respect to each other. 非点補正装置の較正が行われる、請求項1〜5のいずれか一項に記載の方法。  The method according to claim 1, wherein calibration of the astigmatism correction device is performed. 非点補正装置の較正のために線形較正関数が用いられる、請求項6に記載の方法。  The method of claim 6, wherein a linear calibration function is used for calibration of the astigmatism correction device. e1)画像シフトを測定するステップと、
e2)測定された画像シフトに基づいて、荷電粒子のビームの光軸に関する位置を補正するステップと、
を更に含む、請求項1〜7のいずれか一項に記載の方法。
e1) measuring the image shift;
e2) correcting the position of the beam of charged particles with respect to the optical axis based on the measured image shift;
The method according to any one of claims 1 to 7, further comprising:
偏向部の較正が行われる、請求項8に記載の方法。  The method according to claim 8, wherein the deflection unit is calibrated. 偏向部の較正のために線形較正関数が用いられる、請求項9に記載の方法。  The method according to claim 9, wherein a linear calibration function is used for deflection unit calibration. 疑似連続画像シフトを得るために、画像セットが生成される、請求項8〜10のいずれか一項に記載の方法。  11. A method according to any one of claims 8 to 10, wherein an image set is generated to obtain a pseudo-continuous image shift. 画像セットの2つの連続する画像間の画像シフトが10画素未満である、請求項8〜11のいずれか一項に記載の方法。  12. A method according to any one of claims 8 to 11, wherein the image shift between two successive images of the image set is less than 10 pixels. 画像シフトはパターントラッキングを用いて測定される、請求項8〜12のいずれか一項に記載の方法。  The method according to any one of claims 8 to 12, wherein the image shift is measured using pattern tracking. 画像シフトは、再帰パターン認識を用いて測定される、請求項8〜13のいずれか一項に記載の方法。  14. A method according to any one of claims 8 to 13, wherein image shift is measured using recursive pattern recognition. 荷電粒子のビームの光軸に関する位置の補正は、絞りを移動させることによって達成される、請求項8〜14のいずれか一項に記載の方法。  15. A method according to any one of claims 8 to 14, wherein correction of the position of the charged particle beam relative to the optical axis is achieved by moving the aperture. 荷電粒子のビームの光軸に関する位置の補正は、第1の偏向部を用いて荷電粒子のビームを偏向させることによって達成される、請求項8〜15のいずれか一項に記載の方法。  The method according to claim 8, wherein the correction of the position of the charged particle beam with respect to the optical axis is achieved by deflecting the beam of charged particles using the first deflecting unit. 荷電粒子のビームを再指向するために、第2の偏向部に信号が与えられる、請求項16に記載の方法。  The method of claim 16, wherein a signal is provided to the second deflector to redirect the beam of charged particles. 第1の偏向部の前の、光軸に関するビームの角度が再度確立される、請求項17に記載の方法。  The method according to claim 17, wherein the angle of the beam with respect to the optical axis before the first deflector is re-established. 第1および/または第2の偏向部内でコイルが用いられる、請求項16〜18のいずれか一項に記載の方法。  The method according to any one of claims 16 to 18, wherein a coil is used in the first and / or the second deflection part. 第1偏向部および/または第2の偏向部内で静電モジュールが用いられる、請求項16〜19のいずれか一項に記載の方法。  The method according to any one of claims 16 to 19, wherein an electrostatic module is used in the first deflection part and / or the second deflection part. 生成される画像セットは少なくとも20画像から構成される、請求項1〜20のいずれか一項に記載の方法。  21. A method according to any one of the preceding claims, wherein the generated image set consists of at least 20 images. デフォーカスが0.5秒以内に完了する、請求項1〜21のいずれか一項に記載の方法。  The method according to claim 1, wherein the defocusing is completed within 0.5 seconds. アライメントが2秒以内内に完了する、請求項1〜22のいずれか一項に記載の方法。  23. A method according to any one of claims 1 to 22, wherein the alignment is completed within 2 seconds. ステップd2が、第1の方向に対し実質的に垂直または45度の角度の第2の方向で行われる、請求項3〜7のいずれかに記載の方法。  The method according to any of claims 3 to 7, wherein step d2 is performed in a second direction substantially perpendicular to the first direction or at an angle of 45 degrees. ステップe2が、第1の方向に対し実質的に垂直または45度の角度の第2の方向で行われる、請求項8〜24のいずれかに記載の方法。  25. A method according to any of claims 8 to 24, wherein step e2 is performed in a second direction substantially perpendicular to the first direction or at an angle of 45 degrees. ランプは線形である、請求項25に記載の方法。26. The method of claim 25 , wherein the ramp is linear. ランプは画像セットの生成と同期化される、請求項2526のいずれか一項に記載の方法。27. A method according to any one of claims 25 to 26 , wherein the ramp is synchronized with the generation of the image set. 画像の第2のセットが第2のランプの間に生成され、画像セットの対応する画像が平均される、請求項27に記載の方法。28. The method of claim 27 , wherein the second set of images is generated during the second ramp and the corresponding images of the image set are averaged. 荷電粒子のビームのエネルギの解像度は、フレームの総数を特定することによって規定される、請求項28に記載の方法。29. The method of claim 28 , wherein the energy resolution of the beam of charged particles is defined by specifying a total number of frames. 荷電粒子のビームのエネルギの解像度は、ランプの振幅を特定することによって規定される、請求項2829のいずれか一項に記載の方法。30. A method according to any one of claims 28 to 29 , wherein the energy resolution of the beam of charged particles is defined by specifying the amplitude of the lamp. 荷電粒子ビームを放出するための供給源(103)と、
試料(105)上を荷電粒子のビームで走査するための走査偏向部(102)と、
ビームを荷電粒子装置の光軸に関してシフトするための第1の絞りアライメント偏向部(110)と、
ビームを荷電粒子装置の光軸に関して再指向するための第2の絞りアライメント偏向部(111)と、
荷電粒子装置の光軸を規定する対物レンズ(112)と、
荷電粒子のビームのエネルギを充電する電圧供給源(21)と、
撮影フレームのための検出器(16)と、
電圧供給の周波数とフレームの撮影周波数とを同期化する制御部(32)とを備え、フォーカスが1秒以内に完了する、前記荷電粒子ビーム装置。
A source (103) for emitting a charged particle beam;
A scanning deflection unit (102) for scanning the sample (105) with a beam of charged particles;
A first aperture alignment deflector (110) for shifting the beam with respect to the optical axis of the charged particle device;
A second aperture alignment deflector (111) for redirecting the beam with respect to the optical axis of the charged particle device;
An objective lens (112) defining the optical axis of the charged particle device;
A voltage source (21) for charging the energy of the beam of charged particles;
A detector (16) for the imaging frame;
With control unit for synchronizing and shooting frequency of the frame of the voltage supply and (32), defocusing is completed within one second, the charged particle beam device.
第1の絞りアライメント偏向部(110)と、第2の絞りアライメント偏向部(111)とは互いに電気的に接続されている、請求項31に記載の装置。32. The apparatus according to claim 31 , wherein the first aperture alignment deflection section (110) and the second aperture alignment deflection section (111) are electrically connected to each other. 第1および第2の絞りアライメント偏向部のそれぞれが、コイルセットを備える、請求項3132のいずれか一項に記載の装置。The apparatus according to any one of claims 31 to 32 , wherein each of the first and second aperture alignment deflection units includes a coil set. 第1および第2の絞りアライメント偏向部のそれぞれが、静電偏向モジュールを備える、請求項3133のいずれか一項に記載の装置。 34. The apparatus according to any one of claims 31 to 33 , wherein each of the first and second aperture alignment deflection units comprises an electrostatic deflection module. 非点補正装置(900)を更に備える、請求項3134のいずれか一項に記載の装置。35. Apparatus according to any one of claims 31 to 34 , further comprising an astigmatism correction device (900). 非点補正装置は八極子である、請求項35に記載の装置。36. The apparatus of claim 35 , wherein the astigmatism correction device is an octupole. 荷電粒子ビームカラムの非点収差を自動的に補正するための方法であって、
a)対物レンズ内の荷電粒子のビームのエネルギに影響を及ぼす電位を変化させることにより、色収差を導入して焦点を変えるステップと、
b)荷電粒子のビームのエネルギを変化させながら、試料上を荷電粒子のビームで走査して画像セットを生成するステップと、
c)ビーム歪みを定量化するために、少なくとも2つの異なる方向において、画像セットの少なくとも2つの画像から鮮鋭度の評点を計算するステップと、
d)算出された評点のうちの少なくとも2つの異なる評点に基づいて補正信号を算出するステップと、
e)非点補正装置がビーム歪みを補正するように、補正信号を非点補正装置に与えるステップと、
を含み、デフォーカスが1秒以内に完了する、前記方法。
A method for automatically correcting astigmatism of a charged particle beam column,
a) introducing a chromatic aberration to change the focus by changing a potential that affects the energy of the beam of charged particles in the objective lens;
b) scanning the sample with a beam of charged particles while changing the energy of the beam of charged particles to generate an image set;
c) calculating a sharpness score from at least two images of the image set in at least two different directions to quantify beam distortion;
d) calculating a correction signal based on at least two different scores of the calculated scores;
e) providing a correction signal to the astigmatism correction device so that the astigmatism correction device corrects the beam distortion;
Wherein the defocusing is completed within 1 second.
荷電粒子ビームカラムの光軸に、荷電粒子ビームを自動的にアライメントするための方法であって、
a)対物レンズ内の荷電粒子のビームのエネルギに影響を及ぼす電位を変化させることにより、色収差を導入して焦点を変えるステップと、
b)荷電粒子のビームのエネルギを変化させながら、試料上を荷電粒子のビームで走査して画像セットを生成するステップと、
c)画像セットの少なくとも2つの異なる画像間での画像シフトを測定するステップと、
d)画像シフトに基づいて補正信号を計算するステップと、
e)ビームが光軸にアライメントされるように偏向部に補正信号を与えるステップと、
を含み、デフォーカスが1秒以内に完了する、前記方法。
A method for automatically aligning a charged particle beam with an optical axis of a charged particle beam column,
a) introducing a chromatic aberration to change the focus by changing a potential that affects the energy of the beam of charged particles in the objective lens;
b) scanning the sample with a beam of charged particles while changing the energy of the beam of charged particles to generate an image set;
c) measuring an image shift between at least two different images of the image set;
d) calculating a correction signal based on the image shift;
e) providing a correction signal to the deflector so that the beam is aligned with the optical axis;
Wherein the defocusing is completed within 1 second.
ビームのエネルギは、加速電圧の変調によって変えられる、請求項1〜3037または38のいずれかに記載の方法。Energy of the beam is varied by modulation of the acceleration voltage, according to claim 1 to 30, 37 or 38 The method according to any one of. 請求項2〜30のいずれかの特徴が含まれている、請求項37または38の方法。Contains any of the features of claims 2 to 30, The method of claim 37 or 38.
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